微波的傳輸特性和根本測(cè)量1、微波根本學(xué)問微涉及其特點(diǎn)量子電子學(xué)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面有著廣泛的應(yīng)用，在科學(xué)爭(zhēng)論中也是一種重要的觀測(cè)手段，1電波相比，微波有下述幾個(gè)主要特點(diǎn)1電磁波的分類波長短(1m—1mm)：具有直線傳播的特性，利用這個(gè)特點(diǎn)，就能在微波波段制成方向性極好的天線系統(tǒng)，也可以收到地面和宇宙空間各種物體反射回來的微弱信號(hào)，從而確定物體的方位和距離，為雷達(dá)定位、導(dǎo)航等領(lǐng)域供給了寬闊的應(yīng)用。(10-910-12s)很短，已經(jīng)和電子管中電子在電極間的飛越時(shí)間(約10-9s)器和檢波器)中，而必需承受原理完全不同的微波電子管(速調(diào)管、磁控管和行波管等)、微振腔等)來代替。微波在爭(zhēng)論方法上不像無線電那樣去爭(zhēng)論電路中的電壓和電流，而是爭(zhēng)論微波系統(tǒng)中的電磁場(chǎng)，以波長、功率、駐波系數(shù)等作為根本測(cè)量參量。量子特性：在微波波段，電磁波每個(gè)量子的能量范圍大約是10-6～10-3eV，而很多原子和分子放射和吸取的電磁波的波長也正好處在微波波段內(nèi)和準(zhǔn)確的分子鐘，原子鐘。(北京大華無線電儀器廠)能穿透電離層：微波可以暢通無阻地穿越地球上空的電離層，為衛(wèi)星通訊，宇宙通訊和射電天文學(xué)的爭(zhēng)論和進(jìn)展供給了寬闊的前途。綜上所述微波具有自己的特點(diǎn)，不管在處理問題時(shí)運(yùn)用的概念和方法上，還是在實(shí)際成局部。微波根本學(xué)問一、電磁波的根本關(guān)系描寫電磁場(chǎng)的根本方程是：D， B0EB，HjD ⑴t t和DE， BH， jE。 ⑵方程組⑴稱為Maxwell方程組，方程組⑵描述了介質(zhì)的性質(zhì)對(duì)場(chǎng)的影響。對(duì)于空氣和導(dǎo)體的界面，由上述關(guān)系可以得到邊界條件(左側(cè)均為空氣中場(chǎng)量)Et0 ，En

，o⑶Hti Hn0。方程組⑶說明，在導(dǎo)體四周電場(chǎng)必需垂直于導(dǎo)體外表，而磁場(chǎng)則應(yīng)平行于導(dǎo)體外表。二、矩形波導(dǎo)中波的傳播在微波波段，隨著工作頻率的上升，導(dǎo)線的趨膚效應(yīng)和輻射效應(yīng)增大，使得一般的雙管，波導(dǎo)是指能夠引導(dǎo)電磁波沿肯定方向傳輸能量的傳輸線。Maxwell方程組或由它導(dǎo)出的波動(dòng)方程以及具體波導(dǎo)的邊TEH波，簡(jiǎn)寫為TM波或E波，電場(chǎng)可以有縱向和橫向的重量，但磁場(chǎng)只有橫向重量。在實(shí)際應(yīng)TE波就是矩形波10導(dǎo)中常用的一種波型。TE型波10zTE10

型波的各個(gè)場(chǎng)重量為H jasin(x)ej(tz)， Hx a

0， Hz

jacos(x)ej(tz) aE 0， Ex

j0asin(x)ej(tz)， E a

0， ⑷其中：ω為電磁波的角頻率，2ff是微波頻率；a為波導(dǎo)截面寬邊的長度；β為微波沿傳輸方向的相位常數(shù)β=2π/λ ；g1(1(2a)2g g2TE10

波具有如下特點(diǎn)：①存在一個(gè)臨界波長＝2α，只有波長λ<λ②波導(dǎo)波長λ >自由空間波長λ。g

的電磁波才能在波導(dǎo)管中傳播C③電場(chǎng)只存在橫向重量，電力線從一個(gè)導(dǎo)體壁動(dòng)身，終止在另一個(gè)導(dǎo)體壁上，并且始終平行于波導(dǎo)的窄邊。④磁場(chǎng)既有橫向重量，也有縱向重量，磁力線圍繞電力線。Hx⑤電磁場(chǎng)在波導(dǎo)的縱方向(z)上形成行波。在zEy和

的分布規(guī)律一樣，EyHxEyHx也為零，場(chǎng)的這種構(gòu)造是行波的特點(diǎn)。圖圖2TE10波的電磁場(chǎng)構(gòu)造〔a〕,〔b〕,(c)及波導(dǎo)壁電流分布(d)波導(dǎo)管的工作狀態(tài)假設(shè)波導(dǎo)終端負(fù)載是匹配的，傳播到終端的電磁波的全部能量全部被吸取，這時(shí)波導(dǎo)定義為駐波比ρ定義為：Emax和E

E/Er iEmaxEmin分別為波腹和波節(jié) 圖3〔a〕行波,〔b〕混合波,(c)駐min波點(diǎn)電場(chǎng)E不難看出：對(duì)于行波，ρ=1；對(duì)于駐波，ρ1<ρ3行波、混合波和駐波的振幅分布波示意圖。常用微波元件及設(shè)備簡(jiǎn)介波導(dǎo)管：本試驗(yàn)所使用的波導(dǎo)管型號(hào)為BJ—100，其內(nèi)腔尺寸為α＝22.86mm，b＝10．16mm8．20～12．50GHz6．557GHz。隔離器4)。隔離器常用于振蕩器與負(fù)載之間，起隔離和單向傳輸作用。衰減器：把一片能吸取微波能量的吸取片垂直于矩形波導(dǎo)的寬邊，縱向插入波導(dǎo)管即成(見圖5)，用以局部衰減傳輸功率，沿著寬邊移動(dòng)吸取片可轉(zhuǎn)變衰減量的大小。衰減器起調(diào)整系統(tǒng)中微波功率以及去耦合的作用。圖4隔離器構(gòu)造示意圖 圖5衰減器構(gòu)造示意圖諧振式頻率計(jì)〔波長表：6a諧振式頻率計(jì)構(gòu)造原理圖一諧振腔腔體2.耦合孔3.矩形波導(dǎo)4.可調(diào)短路活塞5.計(jì)數(shù)器6.刻度7.刻度套筒電磁波通過耦合孔從波導(dǎo)進(jìn)入頻率計(jì)的空腔中，當(dāng)頻率計(jì)的腔體失諧時(shí)，腔里的電磁6a5×10－4，價(jià)格較低。駐波測(cè)量線：駐波測(cè)量線是測(cè)量微波傳輸系統(tǒng)中電場(chǎng)的強(qiáng)弱和分布的周密儀器。在波化在探針上感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過晶體檢波器變成電流信號(hào)輸出。晶體檢波器：從波導(dǎo)寬壁中點(diǎn)耦合出兩寬壁間的感應(yīng)電壓，經(jīng)微波二極管進(jìn)展檢波，調(diào)整其短路活塞位置，可使檢波管處于微波的波腹點(diǎn)，以獲得最高的檢波效率。匹配負(fù)載：波導(dǎo)中裝有很好地吸取微波能量的電阻片或吸取材料，它幾乎能全部吸取入射功率。圖7Y行環(huán)形器 圖8單螺調(diào)配器示意圖單螺調(diào)配器：插入矩形波導(dǎo)中的一個(gè)深度可以調(diào)整的螺釘，并沿著矩形波導(dǎo)寬壁中心的無輻射縫作縱向移動(dòng)，通過調(diào)整探針的位置使負(fù)載與傳輸線到達(dá)匹配狀態(tài)(見圖8)。調(diào)而相位相反，從而抵消逝配元件在系統(tǒng)中引起的反射而到達(dá)匹配。微波源：供給所需微波信號(hào)，頻率范圍在8．6～9．6GHz內(nèi)可調(diào)，工作方式有等幅、方波、外調(diào)制等，試驗(yàn)時(shí)依據(jù)需要加以選擇。選頻放大器1kHz四周的信號(hào)，經(jīng)整流平滑后由輸出級(jí)輸出直流電平，由對(duì)數(shù)放大器展寬供給指示電路檢測(cè)。2、微波測(cè)試系統(tǒng)的調(diào)試與微波根本參量的測(cè)量在一般無線電波段中，分布參數(shù)的影響往往可以無視，但在微波波段中則不然，由于能量分布于整個(gè)微波電路而形成“分布參數(shù)我們將學(xué)習(xí)在處理微波波段問題時(shí)所實(shí)行的方法，以加深對(duì)微波根本學(xué)問的理解。試驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)使用根本微波器件。了解微波信號(hào)源的根本工作特性和微波的傳輸特性。把握頻率、功率以及駐波比等根本量的測(cè)量。試驗(yàn)原理1波導(dǎo)作為微波傳輸線.微波在波導(dǎo)中傳輸具有橫電波(TE〔TM和橫電波與橫磁波的混合波三種形式。本試驗(yàn)中使用的標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)管，承受的傳輸波形是TE10波。系數(shù)。依據(jù)終端負(fù)載的不同，波導(dǎo)管具有三種工作狀態(tài)：⑴當(dāng)終端接匹配負(fù)載時(shí)，反射波不存在，波導(dǎo)中呈行波狀態(tài)；⑶一般狀況下，終端上局部反射，波導(dǎo)中傳輸?shù)募炔皇切尾?，也不是純駐波，而是呈行駐波狀態(tài)。2振，此時(shí)通過連接在微波通路上的微安表可觀看到信號(hào)幅度明顯減小的現(xiàn)象.留意，應(yīng)以減幅最大的位置作為推斷頻率測(cè)量值的依據(jù)。3的方法進(jìn)展測(cè)量.試驗(yàn)室中承受吸取式微瓦功率計(jì)進(jìn)展測(cè)量.4、波導(dǎo)波長和駐波比的測(cè)量.駐波比定義為波導(dǎo)中駐波極大值點(diǎn)駐波微小值點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度之比。即

ρ=Emax/Emin ⑴試驗(yàn)中承受駐波測(cè)量線和選頻放大器來測(cè)定波導(dǎo)波長和駐波比.⑴駐波比的測(cè)量。由于終端負(fù)載不同，駐波比也有大中小之分。因此，駐波比測(cè)量的首要ρ〔微波二極管〕符合平方率檢I∝E2ρρ值。①．小駐波比(1．05<ρ<1．5)這時(shí)，駐波的最大值和最小值相差不大，且不鋒利，不易測(cè)準(zhǔn)，為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，可移動(dòng)探針到幾個(gè)波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)，然后取平均值再進(jìn)展計(jì)算。假設(shè)駐波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)處電表讀數(shù)分別為I，I，則電壓駐波系數(shù)為max minImax1ImImax1Imax2 ImaxnImin2Iminn max1Emin1

max2E

maxnEEminn②．中駐波比(1．5<ρ<6)此時(shí)，只須測(cè)一個(gè)駐波波腹和一個(gè)駐波波節(jié)，即直接讀出II。max minImaxImaxIminEmax ⑶min③．大駐波比ρ6〔選做〕Imax與Imin在波腹點(diǎn)上二極管檢波特性遠(yuǎn)離平方率,故不能用⑶式計(jì)算駐波比利用駐波測(cè)量線測(cè)量微小點(diǎn)兩旁功率為其二倍的點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而求出二者間距d,則ρ=λg∕πd ⑷〔波腹或波節(jié)距離的兩倍。平均值法間接測(cè)量。即測(cè)微小值點(diǎn)四周兩點(diǎn)〔此兩點(diǎn)在指示器上的輸出幅度相等〕的坐標(biāo)，λg，測(cè)量計(jì)算公式為λg=(X＇+