实验一 微波测量仪器和元件的认识

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1、实验一认识微波测量系统及常用微波元器件【实验目的】1．了解三厘米微波测量系统的组成及各部分的作用。2．学会正确调整和使用测量线。【实验仪器】三厘米微波参数测量系统【实验原理】（一）微波与电磁波微波是一种波长较短的电磁波，频率范围处于光波和广播电视所采用的无线电波之间，约为300MHz-300GHz，波长范围约为1m-1mm，因此它兼有两者的性质，却又区别于两者，波长较长的分米波（1m至10cm）和无线电波的性能相近，而波长较短的毫米波（1mm至1cm）与光波的性质相似。根据Maxwell方程组导出的波动方程以及具体波导的边界条件，可以严格求解出只有横电波和横磁波两大类波能

2、够在矩形波导中传播。横电波又称为磁波，简写为TE波或H波，磁场可以有纵向和横向的分量，但电场只有横向分量。横磁波又称为电波，简写为TM波或E波，电场可以有纵向和横向的分量，但磁场只有横向分量。在实际应用中，一般让波导中存在一种波型，而且只传输一种波型，我们实验用的波就是矩形波导中常用的一种波型。如果波导终端负载是匹配的，传播到终端的电磁波的所有能量全部被吸收，这时波导中呈现的是行波。当波导终端不匹配时，就有一部分波被反射，波导中的任何不均匀性也会产生反射，形成所谓混合波。波具有如下特点：1．存在一个临界波长，只有波长的电磁波才能在波导管中传播。2．波导波长（自由空间波长）

3、。3．电场只存在横向分量，电力线从一个导体壁出发，终止在另一个导体壁上，并且始终平行于波导的窄边。  4．磁场既有横向分量，也有纵向分量，磁力线环绕电力线。5．电磁场在波导的纵方向z上形成行波。在z方向上，和的分布规律相同，即最大处也最大，为零处也为零，场的这种结构是行波的特点。（二）微波测量系统:微波沿普通的双股导线传输时，会大量向周围空间辐射，同时由于电流的趋肤效应，导线的热损耗也急剧增大，这些都使微波能量无法有效地传输，因此一般不用双导线来传输微波。常用的微波传输线为同轴线、波导管、带状线等。微波在波导中传输具有横电波（TE波）、横磁波（TM波）和横电波与横磁波的混

4、合波三种形式。本实验使用三厘米标准矩形波导，仅能传输TE10波。一个完整的微波测量系统通常由信号源、测量装置和指示器三部分组成。实际测量中可根据具体情况，对测量系统进行简化，实验室所用测量系统如下图所示。1．信号源部分。包括微波信号发生器、隔离器以及功率、频率监视单元。信号发生器提供测量所需的微波信号，它具有一定频率和足够的功率电平。功率、频率监视单元是利用定向的耦合器分出一小部分微波能量，经过检测指示来显示信号源的工作情况是否稳定，以便及时调整。隔离器的作用是减少负载对信号源影响，可变衰减器用来根据测量需要改变信号源输出功率电平。2．测量装置部分：包括测量线、调配元件、

5、待测元件和辅助元件（如短路器，匹配负载），以及电磁能量检测器（如晶体检波器，功率计探头等）。3．指示器部分：指示器是显示测量信号与特性的仪表，常用的有直流电流表、测量放大器、功率计、示波器、光电检流计和数字功率计等。（三）常用微波元件在微波系统中，实现对微波信号的定向传输、衰减、隔离、滤波、相位控制、波型与极化变换、阻抗变换与调配等功能作用的，统称为微波元（器）件。1.同轴—波导转换器同轴线的主模是TEM模，矩形波导的主模是TE10模，同轴—波导转换器使TEM模变成TE10模。2.矩形波导横截面为矩形的空心导波装置，TE和TM电磁波可在其导体空腔内传播。可以避免外界干扰和

6、辐射损耗。导体损耗低、功率容量大。3.隔离器隔离器是一种不可逆的衰减器，当微波信号正向通过时衰减器量很小，约0.5-db，反向通过时衰减量很大，达20-40db，两个方向的衰减量之比称为隔离度。隔离器应用于传输系统和测量系统起隔离或消除反射的作用。使用时注意方向性，不能接反。4.衰减器是一种用来衰减微波功率的微波器件，也可作为负载与信号源之间的去耦元件。衰减器分为固定衰减器和可变衰减器两种。衰减器的衰减量定义为在衰减器终端负载匹配的条件下，其输入微波功率与输出微波功率之比的分贝数。衰减量包含吸收衰减、反射衰减。5.波长计（频率计）6.波导测量线波导测量线是探测三厘米波导中

7、驻波分布情况的仪器，通常用来测量波导元件、波导系统的驻波系数、阻抗，还可以测量波导波长、相移等多种参数，是一种通用的微波测量仪器。7．晶体检波器微波检波系统采用半导体点接触二极管（称微波二极管），外壳为高频铝瓷管，形状象子弹。晶体检波器就是一段波导和装在其中的微波二极管。8.匹配负载是终端元件，当需要传输系统工作于行波状态时，需要用到匹配负载，它能几乎无反射地吸收入射波的全部功率。匹配负载要求宽频带、小输入驻波比且有一定的功率容量。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