1、微波基礎(chǔ)實驗1微波簡介微波通常是指波長范圍為1 mm至1 m，即頻率范圍為300 GHz至300 MHz的電磁波。根據(jù)波長的差異還可以將微波分為米波、分米波、厘米波和毫米波。21微波的波長很短，其波長比之建筑物、飛機、船舶等的幾何尺寸要小得多。2. 微波的頻率很高，其電磁振蕩周期短到跟電子管中電子在電極間渡越所經(jīng)歷的時間可以相比擬，因此，普通的電子管已經(jīng)不能用作微波振蕩器、放大器和檢波器，必須采用原理上完全不相同的微波電子管（速調(diào)管、磁控管、行波管等）來代替。33微波段在研究方法上不像低頻無線電那樣去研究電路中的電壓和電流，而是研究微波系統(tǒng)中的電磁場，以波長、功率、駐波系數(shù)等作為基本測量參量。

2、許多原子、分子能級間躍遷輻射或吸收的電磁波的波長正好處在微波波段，人們利用這一特點去研究原子、原子核和分子的結(jié)構(gòu)，發(fā)展了微波波譜學、量子無線電物理等尖端學科，以及研究低噪聲的量子放大器和極為準確的原子、分子頻率標準。45某些波段的微波能暢通無阻地穿過地球上空的電離層，因此微波為宇宙通信、導航、定位以及射電天文學的研究和發(fā)展提供了廣闊的前景。5二實驗原理常用的微波傳輸線有同軸傳輸線、波導傳輸線、微帶傳輸線等。6（1）Ez=0, Hz0,電場在z方向無分量，為橫電波；（2）電磁場沿x方向為一個駐立半波，沿y方向為均勻分布；（3）電磁場沿z方向為行波狀態(tài)，在該方向，電磁場分量Ey與Hx的分布規(guī)律相似

3、，與Hz0的位相則相差/2。7傳輸線中的電磁波由入射波與反射波迭加而成，傳輸線中的工作狀態(tài)主要決定于負載的情況（1）波導終端接匹配負載時，微波功率全部被負載吸收，無反射波，波導中呈行駐波狀態(tài)。（2）波導終端短路（接理想導體板）、開路或接純電抗性負載時，形成全反射，波導中呈純駐波狀態(tài)。 （3）波導終端接一般性負載（有電阻又有電抗）時，形成部分反射，波導中呈行駐波狀態(tài)。8主要構(gòu)成原件微波信號源是提供微波信號的必備儀器，一般實驗室中常用的是反射速調(diào)管振蕩器。但近來一些新型的微波固態(tài)信號源（如體效應(yīng)振蕩器等）已被廣泛應(yīng)用。微波諧振腔。諧振腔是一段封閉的金屬導體空腔，具有儲能、選頻等特性。隔離器。這是一

4、種鐵氧體非互易性器件：通常是將微波鐵氧體（有的還要附加吸收片）置于一段直波導內(nèi)的恰當位置，并外加恒定磁場而成。9衰減器。這是種電阻性器件，分為固定式和可變式兩類，在實驗中應(yīng)用較多的可變衰減器是通過在直波導內(nèi)加裝可移動的衰減片（通常是鍍有電阻性材料的玻璃片）而成。匹配負載。通常做成波導段的形式，內(nèi)置吸收片。吸收片做成特殊的劈形，以實現(xiàn)與波導間的緩慢過渡匹配，終端短路，進入匹配負載的入射微波功率幾乎全部被吸收。10晶體檢波器。它的典型機構(gòu)是在一段直波導上加裝微波檢波二極管、短路活塞和調(diào)配螺釘而成，晶體檢波二極管置于平行微波電場方向，當有微波輸入時，在晶體中感應(yīng)出微波信號駐波測量線，它由一段沿縱向開

5、有細長槽的直波導與一個可沿槽移動的帶有微波晶體檢波器的探針探頭組成。探針經(jīng)過槽插入傳輸線內(nèi)，從中拾取微波功率以測量微波電場強度的幅值沿線的分布，探針的位置可由測量線上所附標尺或測微計讀取。11頻率（波長）計。教學實驗中用得較多的是“吸收式”諧振頻率計。諧振式頻率計包含一個裝有調(diào)諧柱塞的圓柱形空腔，腔外有GHz的數(shù)字讀出器?？涨煌ㄟ^隙孔耦合到一段直波導管上，諧振式頻率計的腔體通過耦合元件與待測微波信號的傳輸波導相連接，形成波導的分支，當頻率計的腔體失諧時，腔里的電磁場極為微弱，此時它不吸收微波功率，也基本上不影響波導中波的傳輸，相應(yīng)地系統(tǒng)終端輸出端的信號檢測器上所指示的為一恒定大小的信號輸出。測

6、量頻率時，調(diào)節(jié)頻率計上的調(diào)諧機構(gòu)，將腔體調(diào)至諧振，此時波導中的電磁場就有部分功率進入腔內(nèi)，使得到達終端信號檢測器的微波功率明顯減少，只要讀出對應(yīng)系統(tǒng)輸出為最小值時調(diào)諧機構(gòu)上的讀數(shù)，就得到所測量的微波頻率，12實驗?zāi)康?. 熟悉常用微波器件的功能和結(jié)構(gòu)2掌握微波基本參量-駐波和頻率的測量原理和方法13實驗原理與方法1、駐波比定義： 一個微波元件插入均勻波導以后，即會產(chǎn)生反射波，不同性能的元件引起反射波的大小和相位都不相同，它與入射波合成后產(chǎn)生的駐波狀態(tài)也不相同。在駐波分布圖形上有駐波波腹和駐波波節(jié)，波腹點的電場最大值為Emax，波節(jié)點的電場最小值為Emin。電壓駐波比是傳輸線中電場最大值與最小值

7、之比，表示為 14圖1. 駐波的形成15檢波晶體二極管特性的測定與定標由測量線結(jié)構(gòu)可知，是開槽線使探針拾取探針所在位置的電場，感應(yīng)出與場強成正比的電動勢加到探頭內(nèi)的檢波晶體上，晶體檢波后的檢波電流接到適當?shù)膬x表上，指示出沿線分布的駐波大小。16一般來說，晶體二極管是非線性元件，通常加在檢波二極管上的電壓u正比于探針所在位置的場強E，而檢波電流i與檢波電壓u的一般關(guān)系式為 式中c為常數(shù)，n為檢波律，u為檢波電壓。晶體管的檢波律n隨檢波電壓u而改變，通常在低電壓范圍n近似等于2（平方律），在高電壓范圍n近似等于1（直線律）。n的數(shù)值可以由定標曲線求出，17晶體定標曲線的測量方法將測量線輸出端短路，

8、根據(jù)傳輸線內(nèi)的駐波分布規(guī)律測出。當輸出端短路時，波導內(nèi)電場駐波的分布縱向分布如圖二（b）所示，其表示式為18相對值為式中Em為駐波波腹點的電場強度，d是以波節(jié)為零點向最大值Em方向的距離。由于晶體二極管檢波電壓正比于探針所在位置的電場強度，所以也可以表示為電壓的相對值即*19將電壓相對值代入式中 是電流相對讀數(shù)， 是探針位置的相對場強（即相對電壓）。根據(jù)此式能夠直接用實驗的方法測出定標曲線。*20測量定標曲線的步驟(1)在調(diào)整好的測量線上用交叉讀數(shù)法測量波導波長 。當測量線終端短路時，傳輸線上形成駐波，移動測量線探針，測出兩個相鄰駐波最小點之間的距離，就可得到波導波長。因此，如圖三所示，在波節(jié)

9、點兩側(cè)取等指示度的探頭位置讀數(shù)D1、D2，由對稱性可得：D1、D2間的駐波波節(jié)點的位置為Dmin1,21最好在Dmin1的兩側(cè)多取幾次等指示度的探針位置讀數(shù)，求得該節(jié)點的平均值 ，而后將探頭移到與Dmin1相鄰的另一節(jié)點附近，求得等指示度位置D3、D4，則對Dmin2求多次平均為 。由此求波導波長22（2）作晶體定標曲線.參考圖二，在波節(jié)和波腹點之間大約取10點，從波節(jié)Dmin開始，將探針逐次移到這些點D1，D2，DKD10等位置上，并記錄相應(yīng)的電流讀數(shù)i1,i2,iki10 。（注意：開始DK之前，應(yīng)將探針置于波腹點，調(diào)整電表的XF-01分貝檔或微波衰減器，使電表指示接近滿度100%，并記下

10、檢波電流的腹值imax）。分別求出各點位置與波節(jié)點的距離23由于探針影響，駐波分布并不是以波節(jié)點為中心對稱變化，在準確度要求高的情況，應(yīng)從節(jié)點開始，向另一方向?qū)⑻结樢频街甘径热缘扔趇1,i2iKi10的位置，并記錄相應(yīng)的探頭位置數(shù)據(jù)這些對稱點距波節(jié)點距離為然后取兩邊距離的平均值，即取D為最后數(shù)據(jù)24.將D 代入式*，求出各點的相對場強。并由測量值求得相對電流指示25.以E 為橫軸，以i 為縱軸，將上列數(shù)據(jù)標在方格坐標紙上，并連成平滑曲線，這就是晶體二極管的定標曲線（見圖五）。（縱軸 也可以直接用電流表讀數(shù) 表示）。作出定標曲線以后就可以用它求出相對場強。例如在開槽線內(nèi)移動探針獲得最大點指示80

11、%，最小點指示54%，由圖五查得相對場強 ，于是電壓駐波比26不少場合，為了方便起見，常常要知道晶體的檢波律n，這時可以利用如下方法求得。將*式兩邊取對數(shù)得如果把上式右邊的看成變量27則檢波律n是該直線的斜率。因此，將實驗中測得的電表相對讀數(shù)（即相對電流）的百分數(shù)作縱坐標，相對場強 作橫坐標，在全對數(shù)坐標紙上畫出的直線，該直線的斜率即為n，如圖六是用圖五的實驗數(shù)據(jù)畫出的曲線，在電表相對讀數(shù)20%100%的范圍內(nèi)，檢波律n=2.14。28駐波比的直接測量法（1）.按圖七連接并調(diào)整線路,在連接線路時，要注意波導口完全對齊，否則形成臺階產(chǎn)生反射影響測量結(jié)果。波導法蘭接觸可靠，若接觸不緊形成縫隙會使波

12、導電磁波泄漏出來，或外界電磁波泄漏進去產(chǎn)生干擾場。29（2）.用等指示度法測波導波長（3）.作晶體定標曲線求出檢波律n 。（4）.沿槽線緩緩移動探針，在駐波波腹讀取imax，在駐波波節(jié)讀取imin。（5）.根據(jù)讀數(shù)的數(shù)據(jù)imax和imin，從晶體定標曲線中查出相對場強計算駐波比：30若已知晶體檢波律n，可按下式計算為準確起見，可在測量線上多讀取幾個imax 和imin ,取其平均值。31當指示器用XF-01選頻放大器時，電表刻度上有駐波比的直接讀數(shù)。將探針置于駐波波腹，調(diào)節(jié)XF-01的衰減、增益旋鈕使電表滿度，然后將探針置于波節(jié)。此時電表的示數(shù)（駐波比檔）即為平方律檢波時的駐波比值。32實驗報告內(nèi)容在方格坐標紙和全對數(shù)坐標紙上繪出iE曲線，即晶體定標曲線。