微波实验报告

微波实验

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指导老师：张慧云

实验日期：2012.5.9

【摘要】：本实验通过研究波导测量系统，根据微波测量的一系列原理以及耿氏二极管原理，设计了几个实验对波导波长、参数α、驻波比进行了测量，对耿氏二极管工作特性进行了测量。实验过程中，通过控制变量发、数据采集并作图、现象观察等手段，使我们对微波测量系统有了更深入的了解。通过匹配调节和微波辐射观察，我们也对微波有了更形象的认识。【关键词】：波导波长、驻波比、微波、耿氏二极管

一、前言

1、实验背景

微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用，在科学研究中也是一种重要的观测手段，微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。由于微波的波长很短，传输线上的电压、电流既是时间的函数，又是位置的函数，使得电磁场的能量分布于整个微波电路而形成“分布参数”，导致微波的传输与普通无线电波完全不同。此外微波系统的测量参量是功率、波长和驻波参量，这也是和低频电路不同的。

2、实验原理

1）微波基本测量系统使用及驻波比测量

测量驻波比是微波测量的重要工作之一，测量多用的基本仪器为驻波测量线，如图.1

图.1驻波测量线

图.2探针等效电路图

①驻波测量线的调谐

当探针插入波导时，在波导中将引起不均匀性，故在测量前须对驻波测量线调谐。探针等效电路如图.2。当终端接任意阻抗时，由于Gu 的分流作用，驻波腹点的电场强度要比真实值小，而Bu 的存在将使驻波腹点和节点的位置发生偏移。当测量线终端短路时，如果探针放

在驻波的波节点B 上，由于此点处的输入导纳Y in→∞，故Yu 的影响很小，驻波节点的位置不会发生偏移。如果探针放在驻波的波腹点，由于此点上的输入导纳Yin→0 ，故Yu 对驻波腹点的影响就特别明显，探针呈容性电纳时将使驻波腹点向负载方向偏移。欲使探针导纳影响变小，尽量减小探针深度。而Bu 影响的消除是靠调节探针座的调谐电路来得到。探针电路的调谐方法是将探针伸入长度放在适当深度（通常用1.0∼1.5mm），测量系统

终端短路，将探针移至二波节点之正中位置，调节内外导体的位置，直至输出指示最大，此时Bu 已减至最小。必须指出，信号源频率或探针深度改变时，必须重新调谐。

②晶体检波特性校准

微波频率很高，通常用检波晶体（微波二极管）将微波信号转换成直流信号来检测的。虽然它非线性，但一定范围内有：I=kEα，其中k,α是和晶体二极管工作状态有关的参量。，当微波功率变化较大时α和k 就不是常数，且和外界条件有关，所以在精密测量中必须对晶体检波器进行校准。

校准方法：将测量线终端短路，这时沿线各点驻波的振幅与到终端的距离l 的关系应

当为: E=k`│sin(2πl/λg)│

上述关系中的l 也可以以任意一个驻波节点为参考点。将上两式联立，并取对数得到: lgI= K + αlg│sin(2πl/λg)│

用双对数纸作出lgI---lg|sin(2πl/λg)│曲线，若呈现为近似一条直线，则直线的斜率即是α，若不是直线，也可以方便地由检波输出电流的大小来确定电场的相对关系。

③电压驻波比测量

电压驻波系数：ρ=Emax/Emin

对于小驻波比情况（1.05<ρ<1.5）:移动探针到几个波腹和波节点，记录数据取平均值再算

对于中驻波比情况（1.5<ρ<6）:只需测一个，

对于大驻波比：(ρ>5)采用等指示度法，测出节点两旁指示度的值及他们的距离则有：

2）微波

①矩形波导中波的传播：只有横电波、横磁波可在矩形波导中传播；实际运用中，一

般只让波导中存在一种波型。波导波长为：

②波导管工作状态：若波导管终端负载是匹配的，传播到终端的电磁波所有能量全部

被吸收，波导中存在行波；当波导终端不匹配时，有一部分反射，波导中不均匀性也会产生反射，形成混合波。

二、实验

（一）实验内容

1.开启微波源，选择好频率，工作方式选择“方波”。

2.将测量线探针插入适当深度，用选频放大器测量微波的大小，选择较小的微波输出功率

并进行驻波测量线的调谐。

3.用直读频率计测量微波频率，并计算微波波导波长。

4.作短路负载时的Ｉ~l曲线，通过此曲线求出实测波导波长并与理论值进行比较。

5.根据短路负载的lg I---lg|sin(2πl/λg)曲线，求出α。

6.测量不同负载的驻波比（匹配负载、喇叭天线、开路及失配负载）。

7.耿氏二极管工作特性的测量。

8.微波辐射的观察。

（二）实验装置如图.3：

图.3实验装置图

三、实验数据处理及结论

1、用直读频率计测量微波频率，并计算微波波导波长。

微波频率：ν = 9.262GHz，波导截面宽边长度：a = (22.86±0.07)mm .

波长λ=c/ν = 32.4mm ， 波导波长：λg =λ/√1−(λ/2a)2 = 45.92mm . 2、 做短路负载时的I-l 曲线，通过此曲线求出实测波导波长。 ◆ 数据表格：

表1、I-l 数据表 ◆ I-l 曲线（图.4）

第一个波节和第三个波节的距离即为波导波长 则由曲线得： λg = 46.50mm

与理论值相对误差为：[（46.50-45.92）/45.92]x100%=1.2% 误差分析：原因可能有：频率计读，环境参量变化，数据不够多等。

图.4 I-l 曲线图

3、根据短路负载的lgI---lg|sin(2πl/λg)|曲线，求出α。

直接截取上步的表格，用origin 作图得图.5：