电压驻波比测量实验报告.doc

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1、近代物理实验报告指导教师：得分：实验时间：2009年10月26日，第九周，周一，第5-8节实验者：班级材料0705学号姓名童凌炜同组者：班级材料0705学号姓名车宏龙实验地点：综合楼406实验条件：室内温度℃，相对湿度%，室内气压实验题目：微波系统中电压驻波比的测量实验仪器：（注明规格和型号）导波管（BJ-100）、隔离器、衰减器、谐振式频率计、晶体检波器、驻波测量线（DH364A00）、匹配负载实验目的：（1）了解驻波导测量系统，熟悉基本微波原件的作用；（2）掌握驻波测量线的正确使用方法；（3）掌握大、中、小电压驻波系数的测量原理和方法。实验原理简述：1.微波的基本知识1.1电磁波的

2、基本关系（3-1-1），，（3-1-2）如上所示，方程组（3-1-1）为Maxwell方程组，方程组（3-1-2）描述了介质的性质对场的影响。1.2矩形波导中波的传播在微波波段，随着工作频率的升高，导线的趋肤效应和辐射效应增大，使得普通的双导线不能完全传输微波能量，而必须改用微波传输线。本实验中使用的是矩形波导管，同时对应使用的是在矩形波导中常用的微波TE101.2.1TE10型波。一个均匀、无限长和无耗的矩形波导。（图3-1-3）经过计算可以得到波导波长特点：1，存在一个临界波长=2a，只有波长的电磁波才能在波导管中传播2，导波波长>自由空间波长3，电场只存在横向分量，电力线从一个导

3、体壁出发，终止在另一个导体壁上，并且始终平行于导波的窄边4，磁场既有横向分量，也有纵向分量，磁力线环绕电力线5，电磁场的波导的纵方向（z）上形成行波下图所示，为TE10型波的电磁场结构1.2.2导波的工作状态如果导波终端负载是匹配的，传播到终端的电磁波的所有能量被吸收，这时波导中呈现的是行波。当导波终端不匹配时，就是一部分波被反射，波导中的任何不均匀性也会产生反射，形成所谓混合波。为了描述电磁波，引入反射系数与驻波比的概念，反射系数定义为驻波比定义为（3-1-6），其中式中，和分别为波腹和波节点电场的大小不难看出：对于行波，；对于驻波，；而当，是混合波（如上图所示）1.电压驻波比的测量

4、驻波测量是微波测量中最基本和最重要的内容之一。在测量时，通常测量电压驻波系数，即波导中电场最大与最小之比2.1直接法直接法是测量沿线驻波的最大与最小场强，然后根据驻波比定义式（见上页）直接求出电压驻波比。这种方法适用于测量中、小电压驻波比当驻波比较少时，晶体二极管为平方检波，如果驻波腹点和节点处指示电表读数分别为和，则式（3-1-6）可写成当驻波比分别在，以及时，驻波图像分别如下所示2.2等指示度法等指示度法适用于测量大、中电压驻波比（）。此时，波腹振幅与波节振幅的区别很大，此时在测量最大点和最小点电平时，晶体工作在不同的检波律，如仍按直接法测量，则产生较大误差，所以采用等指示度法，也

5、就是通过测量驻波波节附近场的分布规律的间接方法。大驻波比的示意图如右所示。经过计算可以得到当驻波比很大（）时，E很小，有（这里λg是波导波长）2.3功率衰减法功率衰减法适用于任意驻波比值的测量功率衰减法是用精密可衰减器测量驻波腹点和节点两个位置上的电平差，因而与晶体的检波律无关，主要取决于衰减器的精密度和系统的匹配情况驻波比可用下式计算其中Amax和Amin分别为探针在波腹点和波节点处，指示电表读数相同时，所对应的精密可变衰减器的读数。实验步骤简述：实验装置示意图如下：1.开启微波信号源，选择频率约为9.37GHz，预热15min。2.将测量线探针插入适当深度，选用频率放大器，测量微波

6、的大小，选择较小的微波输出功率并进行微波测量线的协调。3.信号源的工作方式选择“等幅”、“点频”，用直读频率计测量波频率，并计算微波波导波长。4.微波源工作方式选择“方波”。测量线终端接短路板，用交叉读数法读出两个相邻波节点的位置，计算导波波长并与计算值比较。5.关闭微波电源，取小短路器，接上单螺旋调配器和匹配负载。6.调节单螺钉穿伸度为3mm，移动测量线探针，观察驻波的波节点及波腹点的电压值，判断是驻波状态，分析此时的驻波比的大小。7.移动探针至驻波腹点，调节指示器灵敏度，是电压读数达满偏。8.将探针移至测量线的最右端，向左依次测量驻波腹点和节点的幅值，Imax、Imin，记录数据。

7、9.反向移动测量线探针，重复测量。10.调节螺钉穿伸度为5mm，移动测量线的探针，观察驻波的波节点及波腹点的电压值，判断是驻波状态，分析此时的驻波比的大小。11.选择驻波的一个波腹点及其相邻的波节点，测量其电压值，记录数据，重复5次。12.调节螺钉穿伸度为7mm移动测量线的探针，观察驻波的波节点及波腹点的电压值，判断驻波状态，分析此时的驻波比的大小。13.等指示度法测量电压驻波比，具体方法：1.1测量线探针移至驻波节点。调整微波可变衰减器、指示