近代物理实验-微波波速得测量

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1、YUNNANNORMALUNIVERSITY本科学生设计性实验报告姓名：学号：学院、专业:物理与电了信息学院班级:实验课程名称：微波波速的测量指导教师：职称：开课时间：2011至2012学年下学期云南师范大学教务处编印微波波速的测量摘要：21世纪，随着现代科学技术的飞速发展，微波技术的应用己渗透到了科学领域的许多方面，如无线通信、全球定位系统、雷达以及电子和计算机工程学科中。微波通常是指波长范围为lmm至lm,即频率范围为300GHz至300MHz的电磁波，微波具有波长短、频率高的特点，实验中，利用微波源发出各种频率的微波，在波导屮借助

2、测量线测定相应的微波的波导波长入g,进而求出微波波<2,再由A=c/f求岀微波波速c关键词：微波；波速；波导；频率1前言在普通无线电波段中，分布参数的影响往往可以忽略，但在微波波段中则不然。由于微博的波长很想，传输线上的电压、电流既是时间的函数，有事位置的函数，使得电磁场的能量分布于整个微波屯路而形成“分布参数”，引起微博的传输与普通无线电波段完全不同。2实验原理2.1微波的传播特性在微波波段屮，为了避免导线辐射损耗和趋肤效应的影响，一般采用波导作为微博传输线。在传输线中传输所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。导行波的电场

3、E或磁场II都是x、y、z三个方向的函数。导行波可分成以下三种类型：一一«碣衆纣拐蜜r1J-!-费-离-«可变iA体漑空屯沧Qzg二必二必二图1一1微波测试系统（1）横电磁波（TEM波）：TEM波的特征是：电场E和磁场II均无纵向分量，亦即：£严°，比=°。电场E和磁场H,都是纯横向的。TEM波沿传输方向（2）横电波（TE波）:TE波即是横电波或称为“磁波”（H波），其特征是瓦=°,而比H0。亦即:电场E是纯横向的，而磁场H则具有纵向分量。（3）横磁波（TM波）:TM波即是横磁波或称为“电波”（E波），其特征是H严°,而Ez"。亦即:磁

4、场H是纯横向的，而电场E则具冇纵向分量。TE波和TM波均为“色散波”。矩形波导中，既能传输卩瓦〃波，又能传输"彳枷波（其屮加代表电场或磁场在x方向半周变化的次数，n代表电场或磁场在y方向半周变化的次数）。2.2微波频率的测量f微波的频率是表征微波信号的一个重要物理量，频率的测量通常采用数字频率计或吸收式频率计进行测量。当调节频率计，使英自身空腔的同冇频率与微波信号频率相同时，则产生谐振，此时，通过连接在微波通路上的微安表或功率计可观察到信号幅度明显减小的现象。注意，应以减幅最大的位置作为判断频率测量值的依据。2.3微波波长的测量2.3.

5、1临界波长Qg矩形波导屮传播的微波，都冇一定的“临界波长”。只冇当自由空间的波长久小于临界波长人时，电磁波才能在矩形波导中得到传播。卩色"“波或敗"波的临界波长公式为：Xc=2a其中a=22.86mm2.3.2波导波长入g微波在波导中的波氏用心表示。波导内由入射波与反肘波叠加而成的合成波，其相平面传播的速度称为相速V。群速匕是表示能量沿波导纵向传播的速度,其关系为・c=C。因为，波导中电磁波是成字形并以光速传播的。所J1一（2/&尸以，波导波氏心将大于自由空间的波长2。同时，相速V也大于光速C。它们之间的相互关系为：8J]_（2&）22

6、.3.3微波波速久由Xc=2a和其中Qc=2a2.4微波波速的计算因为c=Af所以得c=f^=f3・1熟悉有关仪器的基本原理和使用常握右关仪器的使用注意事项和正确的开机顺序，按正确的顺序开启信号源，调节晶体检波器，使检流计上有微波输出，对于速调管，改变速调管的反射极电压，观察检流计上指针的变化。3.2频率的测量(1)在驻波测量线的开槽处装上屮驻波的负载(2)调节驻波测量线的谐调，使其具冇最佳灵敏度，又使探针对微波通路的影响降至最低。调节衰减器和驻波测量线，使选频放大器的电压表不会超过量程且在满偏的2/3处。(3)调节频率计上的螺旋测微计

7、，使电压表达到最小值，记录此吋的螺旋测微计的长度Lo(4)将测量出的L对应空腔波长频率刻度对照表杳出对应的频率。3.3波导波长的测量(1)移动驻波测量线，找到电压的最小值，在最小值附近选取幅度相等的点。(2)从头开始，移动驻波测量线，电压第一次达到改点时i

8、x,第二次达到时计山”、第三次达到时计兀2=第四次达到时计兀2”。重复多次取平均值。4注意事项(1)应以减幅最大的位置作为判断频率测量值的依据。(2)微波的功率不要开得太大；(3)正确调节、使用选频放大器；(4)测量屮要注意减小回程误差。5数据记录表1中驻波频率的测量，长度/和对应

9、频率/(A=MHz)13.6833.6833.6833.6803.6803.6823.6823.6833.6833.683f/MHz922092209220922192219221922192209220