微波参数测量实验二.doc

电
科
专
业
实
验
报
告
实验名称微波参数测量(二)
班级
姓名
学号
一、实验目的
了解微波传输系统的组成方法。
了解各种微波器件的性能参数和测量方法。
熟悉、掌握波长(频率)、功率、驻波比和衰减的测量方法。
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
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
图1 电磁波的分类
(1m —1mm):具有直线传播的特性,利用这个特点,就能在微波波段制成
方向性极好的天线系统,也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号,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。
:微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短,已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s)可以比拟,甚至还小,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)中,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。
,而是研究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。
:在微波波段,电磁波每个量子的能量范围大约是10-6~10-3eV,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究分子和原子的结构,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。
: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。
根据电磁场的普遍规律——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),磁场可以有纵向和横向的分量,但电场只有横向分量。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TE10波,是矩形波导中常用的一种波型。
TE10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TE10型波的各个场分量为
, ,
, ,,
其中:为电磁波的角频率,,是微波频率;
: 波导截面宽边的长度;
:微波沿传输方向的相位常数;
:波导波长(在波导管里面,