实验三 利用谐振腔及微扰法测试介质参数试验

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1、实验三利用谐振腔及微扰法测试介质参数试验一、预习要求1、什么是微波谐振腔？2、什么是微扰法？3、了解测试系统的基本组成二、实验目的1、认识谐振腔，理解耦合的原理和作用2、通过了解介质微扰的特性3、掌握介质参数测试原理三、实验原理本装置的基本形式是四分之一波长开路同轴传输线谐振腔（以后简称开路腔）。通过加装短路块，可构成电容加载的同轴传输线谐振腔（以后简称加载腔）。与标量网络分析仪配合，可做谐振腔各项参数的测量，也可用作介质参数测量的传感器。`本装置由腔体、内导体、耦合元件及传动、读数机构组成。通过耦合

2、元件可在谐振腔中激励（或耦合）同轴传输线中的TEM模。腔体机构图如图1，其内径为24mm、内导体直径为8mm、内导体自短路面伸入腔体最大长度42mm、调节范围25mm。对开路腔而言，其谐振频率范围为1.8~4.3GHz。腔体和内导体均为HPb—59黄铜制作。表面涂复7μm银层。特性阻抗65.8Ω。本装置配备有耦合环和耦合探针各两件。学生可根据兴趣组成不同耦合方式的反射型或传输型谐振腔。通过螺旋测微器，可精确调节和显示内导体的位置，并可将其固定。在开路腔、内导体开路端内外导体间，装入小尺寸的介质样品环。

3、读出加入样品前后，谐振频率和有载品质因数的变化。根据微扰原理，可计算样品的介电常数实部ε'和损耗角正切tanδ。图1谐振腔结构示意图四、实验内容与步骤1、谐振腔的激励与耦合；谐振腔由其耦合方式不同可以分为反射型和传输型两种类型，分别介绍如下：1.1．反射型谐振腔：将耦合环和耦合探针插入谐振腔任一耦合孔中，将其与标量网络分析仪的定向器件（驻波比桥或定向耦合器）测试端相连。扫描范围设定为1.8~4.3GHz，调节耦合环的插入深度、方向。可在显示屏上观测到谐振腔反射的频率响应曲线（反射谐振曲线）。继续调节耦

4、合环的插入深度和方向，使在感兴趣的频率上接近匹配状态。（反射损耗—dB数最大或驻波比最小）。则表明，谐振腔为临界耦合。在调节过程中，可以发现，临界耦合时，谐振峰最尖锐，有载Q值最高，其频率分辨率最高。过耦合或欠耦合则不佳。1.2传输型谐振腔：将上述谐振腔耦合端与标量网络分析仪信号输出端相连。在谐振腔另一耦合孔中也插入耦合环或耦合探针。并经检波器接至标量网络分析仪显示通道。调节输入和输出耦合环的插入深度和方向，可在显示屏上观测到谐振腔传输的频率响应曲线（传输谐振曲线）。在感兴趣的频率上，将衰减调至最小（

5、尽量接近0dB），则表明谐振腔为临界耦合。在调节过程中，可以发现，临界耦合时，谐振峰最尖锐，有载Q值最高，其频率分辨率最高。过耦合或欠耦合则不佳。2、谐振频率、有载品质因数（Q值）、端电容及腔体多谐性的测量2.1谐振频率和有载Q值的测量；将上述传输型开路腔接至测量系统中，找到需要测量的频率点。适当减小仪器的扫频范围，以便能清晰地读出谐振曲线衰减最小点（Amin）及其对应的频率值。此频率既是谐振频率。然后，读出两边半功率点（3dB处）所对应的频率和.则腔体的有载品质因数为：………………………………………

6、…………………⑴由于耦合机构、外界负载等影响，有载Q值不同于空载Q值。2.2加载腔端电容C的测量打开开路腔的端盖,放入短路块,再用端盖压紧.旋转螺旋测微器使内导体开路端与短路块接触.(不要用力过猛,以免损坏仪器精度).记下此时测微器刻度.反方向旋转测微器使内导体开路端与短路块离开要求的距离t.并顺时针方向旋转读数窗上方的黑色旋钮,将其固定.在网络分析仪显示屏上读得谐振频率,按下式计算端电容C:……………………………………⑵其中:C为端电容,单位F(法拉).为谐振频率,单位Hz(赫兹).为光速:米/秒或

7、厘米/秒.为腔长:对应内导体开路端至短路点的距离.可用卡尺测量。注意:公式中的单位应与光速中长度单位一致.三角函数按弧度(RAD)计算.旋转测微器读数套筒前，必须将锁定旋钮松开，否则会造成仪表损坏。对同样的频率调节范围，加载腔的长度明显的小于开路腔长度，因此，体积可以做得较小2.3多谐性的测量将上述传输型或反射型开路腔接入测量系统中.将仪器的扫频范围最大限度调宽.可在显示屏上发现多个谐振点.记下各谐振点的频率值.其谐振频率应符合下式:…………………………………………⑶其中:和如前所述.=1、２、３……

8、。3、介质参数测量用微扰法测量小尺寸样品的介质参数。将四分之一波长开路腔接入测量系统中，通过调节测微器在要求的频率点谐振。顺时针方向旋转测微器读数窗上方黑色旋钮，将其固定。由下式``````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````计算出空腔的有载品质因数:………………………………………………⑷将被测介质环放到工具棒的一端相应的圆形凹槽中。打开开