微波参数测量实验二

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1、电科专业实实验名称微波参数测量一、实验目的1、了解微波传输系统的组成方法。2、了解各种微波器件的性能参数和测量方法。3、熟悉、掌握波长（频率）、功率、驻波比和衰减的测量方法。二、实验仪器DH406A1型微博实验系统，DH1121C型三厘米固态信号源，DH4861B型厘米波功率计，DH388A0型选频放大器，DH364A00型三厘米波导测量线三、实验原理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

2、的不同。从图1可以看出，微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间，因此它兼有两者的性质，却又区别于两者。与无线电波相比，微波有下述几个主要特点A/m1

3、从而确定物体的方位和距离，为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。2.频率高：微波的电磁振荡周期（i（r9一io12s）很短，己经和电子管中电子在电极间的飞越吋间（约10、）可以比拟，其至还小，因此普通电子管不能再用作微波器件（振荡器、放大器和检波器）屮，而必须采用原理完全不同的微波电子管（速调管、磁控管和行波管等）、微波同体器件和量子器件来代替。另外，微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级，在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重，一般无线电元件如电阻、电容、电感等元件都不再适用，也必须用原理完全不同的微波元件（波导

4、管、波导元件、谐振腔等）来代替。3.微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流，而是研宄微波系统中的电磁场，以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。4.量子特性：在微波波段，电磁波每个量子的能量范围大约是106〜10_3eV,而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。人们利用这一特点来研宄分子和原子的结构，发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科，并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟，原子钟。5.能穿透电离层：微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层，为卫星通讯，宇宙通讯和射电天文学的研宄和发展提供了广阔的前

5、途。根据电磁场的晋遍规律一一Maxwell方程组以及具体波导的边界条件，可以严格求解出只有两大类波能够在矩形波导中传播：①横电波（又称为磁波），简写为TE波（或H波），磁场可以冇纵向和横向的分量，但电场只冇横向分量。②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，本实验采用TE，。波，是矩形波导中常用的一种波型。TE1Q型波：在一个均匀、无限长和无耗的矩形波导中，沿z方向传播的TE,。型波的各个场分量为H'=J^sin(—,71a£v=

6、0,Ex=-/-^^sin(—)e/(^),E.=0,71a其屮：仍为电磁波的角频率，，/是微波频率;tz:波导截面宽边的长度；P••微波沿传输方向的相位常数夕=；波导波长（在波导管里面，某些特定波长的电磁波与波导谐振，其中最长的一个波长被称为波导的特征波长，也称波导波长），A：微波在自由空间波长。以上表明，TElQ波具有如下特点：①存在一个临界波长次=2〃，（矩形波导中传播的TE波和TM波，都冇一定的“临界波长”，能在矩形波导屮传播的波长最长的电磁波的波长称为波导管的临界波长）。只有波长/1<人的电磁波才能在波导管中传播②即波导波长大于自由

7、空间波长A,（TE波和TM波在波导中的波长用<表示）。波导内由入射波与反射波叠加而成的合成波，其相平而传播的速度称为和速V，群速％是表示能量沿波导纵向传播的速度，其关系为V，Vf=C2。因为，波导屮电磁波是成“之”字形并以光速传播的，所以，波导波长人将大于自由空间的波长A。图1电磁波在波导屮的传播①电场只存在横向分量，电力线从一个导体壁出发，终止在另一个异体壁上，并且始终平行于波导的窄边（坐标xyz的x轴沿波导横截面的宽边，y轴沿波导横截面的窄边，z轴沿波导的纵方向）。②磁场既冇横向分量，也冇纵向分量，磁力线环绕电力线。③电磁场在波导的纵方向

8、（z）上形成行波。在z方向上，£、.和的分布规律相同，也就是说£、.最大处.也最大，£、.为零处什也为零，场的这种结构是行波的特点。阁2TElQ波的电磁场结构（a）