电磁场与微波测量实验报告(三)

电磁场与微波测量实验报告（三）

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实验一：微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量

一，实验目的

（1）学习微波的基本知识；

（2）了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术；

（3）学习用微波作为观测手段来研究物理现象。

二，实验原理

本实验接触到的基本仪器室驻波测量线系统，用于驻波中电磁场分布情况的测量。该系统由以下几个部分组成：

检波指示器

1，波导测量线装置

2，晶体检波器

微波测量中，为指示波导（或同轴线）中电磁场强度的大小，是将它经过晶体二极管检波变成低频信号或直流电流，用直流电流表的电流来读数的。

3，波导管

本实验所使用的波导管型号为BJ-100。

4，隔离器

位于磁场中的某些铁氧化体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性，隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输的作用。

5，衰减器

把一片能吸微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量

的大小。衰减器起调节系统中微波功率从以及去耦合的作用。

6，谐振式频率计（波长表）

电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本不影响波导中波的传输。

当电磁波的频率计满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的

阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输

出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，

通过查表可得知输入微波谐振频率。

7，匹配负载

波导中装有很好地吸收微波能量的电阻片或吸收材料，它几乎能全部吸收入射功率。

8，环形器

它是使微波能量按一定顺序传输的铁氧体器件。主要结构为波导Y 型接头，在接头中心放一铁氧体圆柱（或三角形铁氧体块），在接头外

面有“U”形永磁铁，它提供恒定磁场H0。

9，单螺调配器

插入矩形波导中的一个深度可以调节的螺钉，并沿着矩形波导宽壁中心的无辐射缝作纵向移动，通过调节探针的位置使负载与传输线达到

匹配状态。调匹配过程的实质，就是使调配器产生一个反射波，其幅度

和失配元件产生的反射波幅度相等而相位相反，从而抵消失配元件在系

统中引起的反射而达到匹配。

10，微波源

提供所需微波信号，频率围在8.6-9.6GHz可调，工作方式有等幅、方波、外调制等，实验时根据需要加以选择。

11，选频放大器

用于测量微弱低频信号，信号经升压、放大，选出1kHz附近的信号，经整流平滑后输出级输出直流电平，由对数放大器展宽供给指示电路检

测。

三，实验容和实验步骤

1.观察测量系统的微波仪器连接装置，衰减器，波长计，波导测量线的

结构形式。

2.熟悉信号源的使用

先将信号源的工作方式选为：等幅位置，将衰减至于较大位置，输出端接相应指示器，观察输出；再将信号源的工作方式选为：方波位置，

将衰减至于较大位置，输出端接相应指示器，观察输出；

3.熟悉选频放大器的使用；

4.熟悉谐振腔波长计的使用方法；

微波的频率测量是微波测量的基本容之一。其测量方法有两种：（1）谐振腔法；（2）频率比较法。本实验采用谐振腔法。由于波长和平率

直接满足关系，所以频率和波长的测量是等效的。吸收式波长计的谐

振腔，其只有一个输入端和能量传输线路相连，调谐过程可以从能量

传输线路接收端指示器读数的降低可以判断出来；本实验采用了吸收

式波长计测量信号源频率，为了确定谐振频率，用波长表测出微波信

号源的频率。具体做法是：旋转波长表的测微头，当波长表与被测频

率谐振时，将出现波峰。反映在建波指示器上的指示是一跌落点，此

时，读出波长表测微头的读数，再从波长表频率与刻度曲线上查出对

应的频率；

5.按实验书框图连接微波实验系统；

6.微调单旋调配器，事腔偏离匹配状态（出于匹配状态时，电流会达到

一个最小值），检波电流计上有一定示数（大于最小值）；

7.调节波长计使检波电流计再次出现最小值的时候，读出此处波长计的

刻度值；

8.按照波长计的刻度值去查找“波长计-频率刻度对照表”，就可以得

到对应的信号源频率值；

9.改变信号频率，从8.6G开始测到9.6G，每隔0.1G测量一次，记录

在数据表格中。

四，实验结果和分析

表格数据结果如下图所示：

误差分析：

1.f0为信号源频率值；f1为查表得到频率；f=|f0-f1|为信号源误差。本实验的数据如表格中所示：f=|f0-f1|的误差很小在可控围

0.009~0.044，所以认为实验成功。

2.产生误差的原因为：①仪器测量自身产生的误差：毕竟是用了很久的仪器，而且连接的器件也很多，所以误差在所难免；②人为误差：在读数据时需要几个人的配合，调节波长表的测微头，观察电流表指针变化是两个人，可能会使数据有误差，加之在读数上也会有人为误差；

实验二：波导波长的测量

一，实验容

波导波长的测量

【方法一】两点法

实验原理如下图所示：

图1

按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片，在测量线中入射波与反射波的叠加为接近纯驻波图形，只要测得驻波相邻节点得位置L1、L2，由公式即可求得波导波长λg。

两点法确定波节点位置