微波介质特性测量实验.doc

肇庆学院电子信息与机电工程学院现代物理实验实验报告年级班号实验日期: 姓名: 老师评定: 微波介质特性测量一、实验目的 1 .了解谐振腔的基本知识。 2 .学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方法本实验是采用反射式矩形谐振腔来测量微波介质特性的。反射式谐振腔是把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板, 另一端加上封闭的金属板, 构成谐振腔, 具有储能、选频等特性。谐振条件:谐振腔发生谐振时,腔长必须是半个波导波长的整数倍,此时,电磁波在腔内连续反射,产生驻波。谐振腔的有载品质因数 Q L 由下式确定: 21 0ff fQ L??式中:f 0 为腔的谐振频率,f 1,f 2 分别为半功率点频率。谐振腔的 Q 值越高, 谐振曲线越窄,因此 Q 值的高低除了表示谐振腔效率的高低之外,还表示频率选择性的好坏。如果在矩形谐振腔内插入一样品棒, 样品在腔中电场作用下就会极化, 并在极化的过程中产生能量损失,因此,谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化。电介质在交变电场下, 其介电常数ε为复数,ε和介电损耗正切 tan δ可由下列关系式表示: ????????j ,??????? tan , 其中: ε,和ε,, 分别表示ε的实部和虚部。二、实验装置: 实验装置如图 所示,微波信号源包括速调管电源、速调管和速调管座三部分,其中微波信号频率可由速调管的机械调谐旋钮改变. 调制信号由低频信号发生器产生, 选择锯齿波对速调管加以调制, TE 10p(P 为奇数) 模式的矩形谐振腔. 肇庆学院电子信息与机电工程学院现代物理实验实验报告年级班号实验日期: 姓名: 老师评定: 三、原理: 谐振腔是一端封闭的金属导体空腔, 具有储能、选频等特性. 常见的谐振腔有矩形和圆柱形两种,本实验采用反射式矩形谐振腔. 谐振腔有载品质因数可由 Q=f 0 /|f 1-f 2|( ) 测定. 其中 f 0 为谐振腔谐振频率,f 1、f 2 所示是使用平方律检波的晶体管观测谐振曲线 f 0、f 1和f 2 的示意图. 如果在矩形谐振腔内插入一圆柱形样品棒,样品在腔中电场的作用下就会被极化,并在极化的过程中产生能量损失,因此,谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化. 根据电磁场理论,电介质在交变电场的作用下,存在转向极化,且在极化时存在驰豫, 因此它的介电常数为复数: 肇庆学院电子信息与机电工程学院现代物理实验实验报告年级班号实验日期: 姓名: 老师评定: ( ) 式中 e 为复介电常数, e 0 为真空介电常数, e r 为介质材料的复相对介电常数, e ’、e ’’分别为复介电常数的实部和虚部. 由于存在着驰豫,电介质在交变电场的作用下产生的电位移滞后电场一个相位角 d,且有( ) 因为电介质的能量损耗与 tgd 成正比,因此 tgd 也称为损耗因子或损耗角正切. 如果所用样品体积远小于谐振腔体积, 则可认为除样品所在处的电磁场发生变化外,其余部分的电磁场保持不变,因此可用微扰法处理. 选择 TE 10p(p 为奇数)的谐振腔,将样品置于谐振腔内微波电场最强而磁场最弱处,即处, 且样品棒的轴向与 y轴平行. 如图 所示. 假设介质棒是均匀的,而谐振腔的品质因