2022年实验三--微波波导波长与频率的测量.docx

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1、精品学习资源试验三 微波波导波长与频率的测量、分析和运算一、试验目的(1) 熟识微波测量线的使用；(2) 学会测量微波波导波长和信号源频率；(3) 分析和运算波导波长及微波频率；二、试验原理测量线的基本测量原理是基于无耗匀称传输线理论，当终端负载与测量线匹配时测量线内是行波；当终端负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射；依据驻波分布的特性，在波导系统终端短路时，传输系统中会形成纯驻波分布状态，在这种情形下，两个驻波波节点之间的距离即为波导波长的1/2 ，所以只要测量出两个驻波波节点之间的距离，就可以得到信号源工作频率所对应的波导波长；方法一：通过测量线上的驻波比，然后换算出反射系数

2、模值，再利用驻波最小点位置d min 便可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、网络特性等；依据这一原理，在测得一组驻波最小点位置d1， d2， d3，d4 后，由于相邻波节点的距离是波导波长的1/2，这样便可通过下式算出波导波长；欢迎下载精品学习资源1d4g2d min 04d 3d min 03d 2dmin 02d1d min 03-1欢迎下载精品学习资源方法二：交叉读数法测量波导波长，如图3-1 所示；图 3-1 交叉读数法测量波节点位置为了使测量波导波长的精度较高 接近实际的波导波长 ，采纳交叉读数法测量波导波长；在测试系统调整良好状态下，通过测定一个驻波波节点两侧相等的电流指示值 I

3、0 可选取最大值的 20% 所对应的两个位置 d1、d2，就取 d1、d2 之和的平均值，得到对应驻波波节点的位置 dmin1 ；用同样的方法测定另一个相邻波节点的位置 dmin2 ，如图 3-1 所示，就 dmin1 、d min2 与系统中波导波长之间的关系为：欢迎下载精品学习资源d min 11 d21d2 ; dmin 21 d23d4 3-2欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源g2 d min 2d min13 -3欢迎下载精品学习资源在波导中，仍可利用下面公式运算波导波长：欢迎下载精品学习资源g03-410 2a式中， 0 为真空中自由空间的波长；本试验中波导型号为BJ-100

4、 ，其宽边为a =22.86 mm ，代入上式运算出波导波长；gc信号源工作频率f 对应工作波长可由下式求得： 其中：22gc欢迎下载精品学习资源3 108f3-5欢迎下载精品学习资源信号源工作频率亦可用吸取式频率计测量；试验中采纳的吸取式频率计连在信号源与检 波器之间； 当吸取式频率计失谐时， 微波能量几乎全部通过频率计，此时选频放大器指示最大；使用时，缓慢旋转频率计套筒，即调剂吸取式频率计，当调剂频率计至谐振状态时，选频放大器指示表上观看到信号大小发生明显的变化，并到达最小处， 此时一部分能量被频率计吸取，并可以确定此时读得吸取式频率计上指示的频率即为信号源工作频率；三、试验内容和步骤1.

5、 按图 1-1 所示连接微波测量系统，打开信号源、选频放大器的电源，将信号源设置在方波调制工作方式， 将衰减器调整到合适位置，使选频放大器输出指示不超过满量程，即使系统工作在最正确状态；2. 测量线终端接短路板， 从负载端开头旋转旋钮， 移动测量线上探头座， 使选频放大器指示最小，此时即为测量线等效短路面，记录此时的探针初始位置，记作 dmin0 ，并记录数据;3. 连续旋转移动探头座位置， 挑选合适的驻波波节点， 一般选在测量线的有效行程的中间位置，并挑选一个合适的检波指示值 I0，如图 3-1 中所示，然后按交叉读数法测量波导波长；测量三组数据，取算术平均值作为波导波长的测量值，记入表 3

6、-1；4. 将数据代入式 3-1、式 3-2运算出波导波长；5. 用频率计测量信号源工作频率：缓慢旋转频率计套筒， 即调剂吸取式频率计， 当调剂频率计至谐振状态时，选频放大器指示表上观看到信号大小发生明显的变化，并到达最小处，此时一部分能量被频率计吸取，并可以确定此时读得吸取式频率计上指示的频率即为信号源工作频率； 读取频率值时，在频率计上两条水平红线之间读取竖向红线处的频率刻度值；反复测 3 次，取其平均值，记入表3-2；6. 将频率计测量结果、波导波长测量结果及运算结果进行比较；留意事项：(1) 频率计是用来测量频率的仪器，而不是用来调整频率的微波元器件；测完频率后应将频率计调至失谐；(2

7、) 波导波长的测量方法中要留意指示值不要太大，尽量不要在测量线的两端，而是放在测量线的中端进行测量，读数要认真；(3) 测量波长时，测量线探针座位置应当向一个方向移动，以免引入机械回差；欢迎下载精品学习资源四、试验结果及数据处理探针初始位置 dmin0 =表 3-1a方法一的测量波导波长数据记录表单位： mm位置读数测量次数dmin 1dmin 2dmin 31230表 3-1b方法二的测量波导波长数据记录表单位：mm位置读数d1d2d3d4dmin1dmin 2测量次数123注：上表中dmin1 和 dmin 2 为实际测量值；运算得：方法一：第 1 次测量：g第 2 次测量：g2 d332

8、 d33d min 03d min 03d 2d min 02d min 02d1dmin 045.44 mmd 2d1dmin 044.94 mm第 3 次测量：2 d3g3d3min 0d2d2min 0d1dmin 045.81mmg45.39mmc2a45.72mmgc2g2c32.21mmf31089.313GHz方法二：欢迎下载精品学习资源第 1 次测量：d min 11 d12d 2102.43m m欢迎下载精品学习资源d min 21 d32d 4 124.51m m欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源g2 d min 2dmin 144.16mm欢迎下载精品学习资源欢迎下

9、载精品学习资源第 2 次测量：d min 11 d121d 2102.59m m欢迎下载精品学习资源d min 2d32d 4 124.47 mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源g2 d min 2dmin 143.76mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源第 3 次测量：d min 11 d12d 2102.50m mg2 d min 2d min 144mm欢迎下载精品学习资源d min 21 d32d 4 124.50 mm欢迎下载精品学习资源g43.97mmc2a45.72mmgc31.69m m22gc欢迎下载精品学习资源3108f9.466GHz欢迎下载精品学习资源表

10、 3-2 频率测量数据记录表频率测量次数123f GHz欢迎下载精品学习资源运算得：第 1 次测量：3 108f0.032m欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源第 2 次测量：3 108f0.032m欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源第 3 次测量：3 108f0.032m欢迎下载精品学习资源32mm欢迎下载精品学习资源ff1f 23f39.367GHz欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源经 比 较 分 析 可知 ： 方 法 一 测 量 计 算得 波 导 波 长 为 g45.39mm ， 工 作 波 长 为欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源32.21mm ，工作频率为 f9

11、.313GHz；方法二测量运算得波导波长为g43.97mm ，欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源工作波长为31.69mm ，工作频率为f9.466GHz；而频率计测量的工作频率为欢迎下载精品学习资源f9.367GHz ，运算得工作波长为32mm ；运算值和测量值近似相等；五、摸索及体会：测量线为什么在波导中心线开槽？微波测量线是测量波导中微波电场分布的精密仪器，它的结构是一段在宽边中心线上开槽的波导管和可沿槽线滑动的探针，它在微波测量中用途很广，可测驻波，阻抗，相位，波长等， 测量线通常由一段开槽的传输线，探头，传动装置三部分组成，由于耦合探针伸入传 输线而引入不匀称性， 其作用相当于在线上并联一个导纳，从而影响到系统的工作状态；矩形波导中的主模为 TE10模, 而由 TE10的管壁电流分布可知 , 在波导宽边中线处只有纵向电流；因此沿波导宽边的中线开槽不会因切断管壁电流而影响波导内的场分布, 也不会引起波导内电磁波由开槽口向外辐射能量；小结： 通过本次试验， 我进一步熟识了微波测量线的使用方法，学会了测量微波波导波长和信号源频率，以及波导波长及微波频率的运算方法；欢迎下载