电磁场与微波实验报告波导波长的测量

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1、电磁场与微波测量实验报告学院：班级：组员：撰写人：学号：序号：实验二波导波长的测量一、实验内容波导波长的测量【方法一】两点法实验原理如下图所示：按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片。选频放大器可变电抗波长表隔离器微波信号源测量线可变衰减器当矩形波导（单模传输TE10模）终端（Z＝0）短路时，将形成驻波状态。波导内部电场强度（参见图三之坐标系）表达式为：在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示。将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态（如波节点和波腹点的位置等）。终端短路面0图三ZXaYb两点法确定波节点位置将测量线终端短路

2、后，波导内形成驻波状态。调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺上的刻度值和），就可求得波导波长为：由于在电压波节点附近，电场（及对应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动“足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有明显变化）。记取同一电压波节点两侧电流

3、值相同时小探针所处的两个不同位置，则其平均值即为理论节点位置：最后可得（参见图四）I00图四I【方法二】间接法矩形波导中的H10波，自由波长λ0和波导波长满足公式：其中：，通过实验测出波长，然后利用仪器提供的对照表确定波的频率，利用公式λ0=cf确定出λ0，再计算出波导波长。校准晶体二极管检波器的检波特性由于微波晶体检波二极管的非线性,在不同信号幅度时具有不同的检波律。在一般测量精度要求的场合,可认为在小信号时为平方律检波,大信号时为直线律检波,或在系统信号幅度范围内做平均检波律定标。晶体检波二极管的定标准确与否,直接影响微波相关参数的测量精度。微波频率很高,通常用检波晶体(微波晶体二极管

4、)将微波信号转换成直流信号检测出来。微波晶体二极管是一种非线性元件,检波电流I同微波场强E之间不是线性关系,在一定范围内,两者关系为:晶体检波二极管的检波电流随其微波电场而变化,当微波场强较大时近似为线性检波律,当微波场强较小时近似为平方检波律。因此,当微波功率变化较大时a和k就不是常数,且和外界条件有关,所以在精密测量中必须对晶体检波器进行定标。本实验中采用两种定标方法第一种定标方法检波电压U与探针的耦合电场成正比。晶体管的检波律n随检波电压U改变。在弱信号工作（检波电流不大于10μA）情况下，近似为平方律检波，即n=2；在大信号范围，n近似等于1，即直线律。测量晶体检波器校准曲线最简便

5、的方法是将测量线输出端短路，此时测量线上载纯驻波，其相对电压按正弦律分布，即：式中，d为离波节点的距离，Umax为波腹点电压，λg为传输线上波长。因此，传输线上晶体检波电流的表达式为根据上式就可以用实验的方法得到图所示的晶体检波器的校准曲线。将上两式联立,并取对数得到：作出曲线,若呈现为近似一条直线,则直线的斜率即是微波晶体检波器的检波律。第二种定标方法测量线终端短路，测出半峰值读数间的距离W，晶体检波率可以根据下式计算：n=log0.5logcos(πWλg)一、实验步骤（1）、按照图示连接好测量系统（2）、利用两点法测量，将波导测量线终端短路，调测量放大器的衰减量和可变衰减器使当探针位

6、于波腹时，放大器指示电表接近满格，用公式两点法测量波导波长（3）、利用间接法测量波导波长。（4）、将探针沿测量线由左向右移动，按测量放大器指示每改变最大值刻度的10%，记录一次探针位置，给出U沿线分布的图形（5）、设计表格，用驻波测量线校准晶体的检波特性二、实验结果分析所测量的波导波长：43波节点d0的位置：153相对电场强度00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0d（理论值）0λg63λg31.3λg20.6λg15.3λg12λg9.8λg8.1λg6.8λg5.6λg4测量值d108.8876.25.854.23.220d0+d143144.2145146146

7、.8147.2148148.8149.8151153U0.2370.3130.3890.4660.5420.6180.6950.7710.8470.9241（1）、作出测量线探针在不同位置下的读数分布曲线上图横轴表示位置，纵轴表示相对场强。分析：由于此时波导中存在的是驻波，并且测量的位置是从波节到相邻的波腹，所以画出来的波形应该是正弦曲线的四分之一，由上图可以看出，实验结果基本符合，误差在允许范围内。（2）、给出检波晶体