实验三 波导波长(导内波长)测量和驻波测量

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1、亚美微波YAMEIMICROWAVE实验三波导波长（导内波长）的测量和驻波测量一、实验目的和要求应用所学理论知识，理解和掌握单模矩形波导短路情况下内部电场沿轴线的分布规律。学会利用微波测量系统测量波导内部导行波的相波长（波导波长或称导内波长λg）。驻波系数的测量是微波测量中最基本的测量。本实验要求学会利用测量线进行驻波测量。二、实验内容1．利用微波测量系统测量波导内部的波导波长λg。2．用直接法测量电容性、电感性膜片和匹配负载（BD20-7）等的驻波系数。3．用等指示度法测量短路情况下（接上短路板）的大驻波系数。三、实验原理当

2、矩形波导（单模传输TE10模）终端（Z＝0）短路时，将形成驻波状态。波导内部电场强度（参见图三之坐标系）表达式为：在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示。将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态（如波节点和波腹点的位置等）。-15-亚美微波YAMEIMICROWAVEYbZ0aX图三终端短路面1．测量波导波长（λg）将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态。调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺

3、上的刻度值Z1节和Z2节），就可求得波导波长为：由于在电压波节点附近，电场（及对应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动“足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有明显变化）。记取同一电压波节点两侧电流值相同（I0）时小探针所处的两个不同位置（Z1左及Z1右）

4、（电流值越小越精确），则其平均值即为理论节点位置：用相同的方法测得相邻电压波节点（Z2节）处的Z2左及Z2右最后可得（参见图四）-15-亚美微波YAMEIMICROWAVEZ2右Z2节Z1节I00图四Z腹Z2左Z1右Z1左IZ注意：①测出一个电压波节点位置之后，将小探针向相邻波节点移动时，要随时加大选频放大器的衰减量，以防选频放大器电流表过载损坏！②为检验测量的准确性，可以应用理论公式进行验算：其中：，2．测量电压驻波比（ρ）驻波系数测量是微波测量中最基本的测量。通过驻波测量，不仅可以了解传输线上的场分布，而且可以测量阻抗、波

5、长、相位移、衰减、Q值等其它参量，传输线上存在驻波时，能量不能有效地传到负载，这就增加了损耗；大功率传输时，由于驻波的存在，驻波电场的最大点处可能产生击穿打火，因而驻波的测量以及调配是十分重要的。根据驻波系数定义，可知ρ的取值范围为1≤ρ＜∞，通常按ρ的大小可分三类：ρ＜3为小驻波比；3≤ρ≤10为中驻波比；ρ＞10为大驻波比。驻波系数的测量方法很多，有测量线法、反射计法、电桥法和谐振法等，用测量线进行驻波系数测量的主要方法及应用条件由表Ⅰ列出：-15-亚美微波YAMEIMICROWAVE表Ⅰ用测量线测驻波系数的方法及应用条件

6、测试方法应用条件直接法中小驻波比ρ≤10等指示度法大驻波比ρ＞10功率衰减法适用任意驻波比节点偏移法适用源驻波比移动终端法适用测量线剩余驻波比这里我们将介绍用测量线测量驻波比的直接法和等指示度法。（1）直接法：测试方框如图1。在测量线的端口连接待测的微波元器件。将测量线探头沿线移动，测出相应各点的驻波场强分布，找到驻波电场的最大点与最小点，直接代入公式（3）就可以得到其驻波比。如测量线上的晶体检波律为n，则：为输出电表指示。通常在实验室条件下检波功率电平较小，可以认为基本特性为平方律，即n＝2，有为提高测量精度，必须尽量使电表

7、指针偏在满刻度以上。当驻波系数在1.05＜ρ＜1.5时，由于驻波场的最大与最小值相差不大，且变化不尖锐，不易测准。为提高测量准确度，可移动探针到几个波腹与波节点，记录数据，然后取其平均值。直接法的测试范围受限于晶体的噪声电平及平方律检波范围。本实验中使用的选频放大器已近似按平方律检波的规律，直接标出驻波比小于10的刻度，可读出驻波比值。方法是：测量线滑座调到波腹点，调节选频放大器的衰减旋钮，使表头指示值到满刻度。然后调节测量线滑座至波节点（即指示最小值）。此时选频放大器驻波比刻度的值即为负载的驻波比。如驻波比＞4，则“分贝”开

8、关增加10dB，读下刻度3.2～10的刻度值。-15-亚美微波YAMEIMICROWAVE（2）等指示度法（二倍最小法）：当被测器件的驻波系数大于10时，由于驻波最大与最小处的电压相差很大，若在驻波最小点处使晶体输出的指示电表上得到明显的偏转，那么在驻波最大点时由于电压较大，