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近代物理实验报告
微波基本参量测定实验
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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】
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图1电磁波在波导中的传播
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(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)。
磁场既有横向分量，也有纵向分量，磁力线环绕电力线。
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，也就是说
Ey最大处也最大，Ey为零处也为零，场的这种结构是行波的特点。
图2 TE1。波的电磁场结构(a) , (b) , (c)及波导壁电流分布(d)
波导管的工作状态：
如果波导终端负载是匹配的(波导终端接入负载后，由于负载性质的不同，电磁波就将在
终端产生不同程度的反射。如果用《表示传输线的特性阻抗，用乙表示负载阻抗，若波导终 端负载是匹配的，则Zc = ZQ ,则入射波全部被负载吸收而无反射，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，即此时波导管中的微波的将沿波导管无损耗 的向前传播，传播时波的幅值不衰减，能量不衰减，就像在真空中传播一样，见图3 (a)。
当终端短路(微波技术中的短路是指系统终端接入全反射负载，即：ZL=0)时，入射波 被负载全部反射。这时波导管中同时有两列频率相同、振幅相同、传播方向相反的微波，一列 是入射波，一列是反射波，这两列波将在波导管中形成驻波，并且是“纯驻波”，波的波腹和 波节点电场E的大小万皿纨，0，而Emin=0,见图3(C)。
（3）当波导终端不匹配时（任意负载下），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。混合波是一种“行驻波”，波的波腹和波节点电场E的大小
Emax，°，并且 Emin ‘°，见图 3 （b）。
为描述电磁波，引入反射系数与驻波比的概念，反射系数「定义为
F
驻波比"定义为："=3性，用驻波比"来描述传输线阻抗匹配的情况。
min
其中：Emax和分别为波腹（驻波电场最大值处）和波节（驻波电场最小值处）点电场E 的大小。
不难看出：对于行波，Q=l;对于驻波，Q=8；而当是混合波。图3为行波、 混合波和驻波的振幅分布波示意图。
图3 （a）行波，（b）混合波，（c）驻波
【实验仪器】
微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。而阻抗、波长、驻波比和功率等微波 参数的测量方法有其独特之处。微波阻抗的测量是通过检测电场强度的相对值（即：驻波比） 来实现。波长的测量可用谐振腔来进行（即通常所称的“吸收式波长计”）。功率的测量是利 用微波的热效应，通过热电换能器进行间接的量测。
本实验是使用厘米波中的X波段，其标称波长为3. 2cm,中心频率为9375MHz。其它主要设 备有：
测量线：三厘米驻波测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。其内腔尺寸为a = , b= 。〜,对于TE”波而言，截止波长儿.=2a =,截止频率为儿=c/人=。开槽直波导位于波导宽边的正中央，平行于波 导轴线，不切割高频电流，因此对波导内的电磁场分布影响很小，开槽波导中的场由不调谐探 针取样，探针感应出的电动势经过晶体检波器变成电信号输出，可以显示沿波导轴线的电磁场 变化信息。实验中就是通过探测测量线中电磁场的分布达到测量微波的各种参数目的。
图4 DH364A00型3cm测量线外形
直波导管：型号为BJ—100,其内腔尺寸为a = , b= 。其主模频率范围
〜 ,对于TEi。波而言，截止波长儿.=2。= 45. 72mm ,截止频率为
K = c/Ac -,实验中作为连接件使用。
隔离器：位于磁场中的某些铁氧体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同的吸收，经过 适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性。实验中隔离器用于振荡器与负载之间，起隔 离和单向传输作用。
可变衰减器：把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管， 用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。衰减器起调节系统中微波 功率以及去耦合的作用。
波长表：电磁波通过耦合孔从波导进入波长表的空腔中，当波长表的腔体失谐时，腔里的 电磁场极为微弱，此时，它基本上不影响波导中波的传输。当电磁波的频率满足空腔的谐振条 件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发