微波基本参量测量实验报告

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1、近代物理实验报告微波基本参量测定实验.4.科龙4学院班级姓名学号时间2014年4月12日微波基本参量测量实验实验报告【实验目的】1.学习微波的基本知识，了解波导测量系统，熟悉基本微波元件的作用；2.了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术：3.掌握驻波测a线的正确使用方法；4.掌握电压驻波系数的测量原理和方法。【实验原理】一、微波基本知识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、a子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用，在科学研究屮也是一种重要的观测手段，

2、微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。从图1可以看出，微波的频率范m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，微波有下述儿个主要特点A/m1

3、垂謹10>10°L11111I111(1^111IT910-«垂遍皇11//Hz1(1II)，111111炉KP1110'211II0'5~1~~11~1~iaIH广肼屯视想波紅外O光粘外Hl收光波X射找图1电磁波的分类1.波长短（lm—1mm):具省直线传播的特性,利用这个特点，就能在微波波段制成方向

4、性极好的天线系统，也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信兮，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（r—ioH2s）很短，己经和电子管中电子在电极间的飞越时间（约109s）可以比拟，甚至还小，因此竹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（速凋管、磁控管和行波管等）、微波固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

5、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宂电路屮的电压和电流，而是研宂微波系统屮的电磁场，以波长、功率、驻波系数等作为基木测量参量。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、V,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允分子和原子的结构，发展了微波波谱学和景子电子学等尖端学科，并研制了低噪音的

6、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究和发展提供了广阔的前途。综上所述微波具有自己的特点，不论在处理问题时运用的概念和方法上，还是在实际应用的微波系统的原理和结构上，都与普通无线电不同。微波实验是近代物理实验的重耍组成部分。二、微波传输特性根据电磁场的普遍规律一一Maxwell方程组以及具体波导的边界条件，可以严格求解出只宥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），磁场可以有

7、纵向和横向的分量，似电场只有横向分量。②横磁波（又称力电波），简写为TM波（或E波），电场可以有纵向和横向的分S,但磁场W有横向分S。在实际应用屮，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。TEk,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Hx=/^sin（—,Hx=0,H,=/^cos（—）e;（^）7ia7iaEx=0,£v=,E.=0,7ta'其中：仍为电磁波的角频率，a）=27rf,/是微波频率；6Z

8、：波导截而宽边的长度；微波沿传输方向的相位常数夕二2;r/人；X：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，其屮最长的一个波长被称为波导的特征波长，也称波导波长），A：微波在自山空间波长。以上表明，T&。波具有如下特点：①存在一个临界波长（矩形波导中传播的TE波和TM波，都有一定的“临界波长”，能在矩形波导中传播的波长最长的电磁波的波长称为波导管的临界波长）。只宥波长AA,即波导波长入：大于自由空间波长X，（TE波和TM波在波导中的波长用表示）。

9、波导内由入射波与反射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.是表示能S沿波导纵向传播的速度，其关系为=因为，波导中电磁波是成“之”字形并以光速传播的，所以，波导波长又将大于自由空间的波长A。图1电磁波在波导中的传播①电场只存在横向分量，屯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（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磁场既有横向分量，也有纵向分量，磁力线环绕电力线。