浙江師範大學實驗報告
實驗名稱微波基本引數測量班級物理071 姓名陳群學號 07180116
同組人劉懿鈞實驗日期 09/10/27 室溫氣溫
微波基本引數測量
摘要： 本次實驗主要利用可變衰減器，隔離器，可變短路器等組成的微波系統對微波的頻率，功率，駐波比等基本引數進行測量。通過本次實驗了解了微波傳輸系統的組成部分，對微波的性質有更加深入的了解。
關鍵詞： 微波駐波比功率頻率波長特性阻抗衰減器
引言： 微波通常是指波長從1公尺（300mhz）到1公釐（300ghz）範圍內的電磁波，其低頻端與超短波波段相銜接，高頻端與遠紅外相鄰，由於它比一般無線電波的波長要短的多，故把這一波段的無線電波稱為微波，可劃分為分公尺波，釐公尺波和公釐波。微波有以下基本特徵：
1.微波的波長極短，比地球上一些物體的幾何尺寸小得多，因此當微波照射到這些物體上時，產生顯著的反射，其傳播特性與幾何光學相似，具有「似光性」直線傳播的特點；2.微波的頻率極高，即振盪週期極短（10-9~10-12秒），與一般電真空器械中的電子渡越時間同一數量級；3.
微波可以毫無阻礙地穿過電離層，具有穿透性；4.許多的原子和分子發射和吸收原子電磁波波長正好處於微波波段內；5.研究方法和測量技術上，要從「電磁場」的概念去研究和分析，測量功率、駐波比、頻率和特性阻抗等。
近年來，微波邊緣學科，如微波超導、微波化學、微波生物學、微波醫學都得到長足的發展。
實驗方案：
實驗裝置
微波測量系統部分儀器介紹：
1、隔離器
當微波訊號源接於有反射波的系統，若此反射波進入訊號源，其輸出訊號的頻率將發生變化，即所謂頻率牽引，這當然是不希望的。為此，在訊號源輸出端接乙個僅對反射波衰減而對入射波不衰減的單向隔離器。在矩形波導系統中，最常使用的是場移式隔離器，它的結構和工作原理如圖1-1所示
2、微波訊號源
產生一定頻率和功率的微波訊號，同低頻訊號源一樣，其訊號可以是續波也可以是調製波，也有點頻和掃頻訊號源之分。微波振盪管有電子管式與半導體管式，但它們的工作原理與低頻振盪管不同。在微波頻率下，工作於靜電方式的低頻電子管，不僅輻射損耗和引線分布引數效應嚴重，更主要的是電子由陰極飛達陽極所需的渡越時間不能忽略，已與微波週期可比擬，根本失去振盪、放大作用基於微波電子學的微波電子管，應用諧振腔很好地解決了輻射損耗和引線分布引數效應問題，但渡越時間不能為零，電子需要渡越時間在諧振腔內完成電子的速度調製、密度調製、振盪和能量交換等物理過程。
工作於點頻常用的微波振盪管為：中小功率為反射速調管，大功率的為磁控管；返波管為微波掃頻振盪管。
3、可變衰減器：
測試過程中有時要求改變功率的大小，這時不能直接去調訊號源的輸出功率，否則會導致頻率牽引。為此，接入如圖1-4所示的可變衰減器來調整功率的大小。因h10波的電場沿寬邊按正弦分布，兩垂直於電場的率耗片向中間移動時，衰減最大，向兩窄邊移動，衰減逐漸減小。
4、波長計
正是由於微波元器件的效能與頻率密切相關，所以測試系統中總是接有測頻率的裝置，用來測量表明所測得引數之相應頻率，波長計即屬此種裝置。波長計有一園柱形腔與波導壁以小孔耦合。通過移動活塞改變腔的高度而改變腔的體積，從而可改變腔的固有頻率。
當腔的固有頻率與訊號頻率相同時即產生諧振現象。根據表徵諧振活塞位置的千分尺上之刻度l，可在圖1-2所示該波長計的校準曲線上查得頻率f。波長計的諧振腔與波導的耦合方式有兩種：
一是腔與波導窄壁磁耦合，此種稱為反應式波長計；另一種是腔與波導寬壁電合，此種稱為通過式波長計，兩種波和的諧振現象不一樣。
實驗內容和要求
（1）測試前的準備工作
根據講義中介紹的常用微波器件和實驗室提供的儀器使用說明書，掌握它們的工作原理及使用方法。開啟反射速調管微波源電源開關。將微安表接在測量線輸出端，適當選擇微安表量程和可變衰減器位置，使測量線調在駐波波腹時，微安錶能指示到表盤中以上的讀數。
（2）頻率測量
連線微波系統，將檢波器及檢波指示器接到被測件位置，利用波長表可以測出微波訊號源的頻率，旋轉波長表的測微頭，當波長表與被測頻率諧振時，將出現吸收峰，反映在檢波器上的指示是一跌落點，讀出測量頭讀數，查出對應頻率。
(3)功率測量
傳輸線路終端接入探頭和功率計，並選擇合適的量程，功率計調零後把波導開關旋至檢波器上，讀出功率讀數。
(4)微波駐波比測量
駐波比依據不同的負載，結合大，小駐波比，分別使用二倍最小功率法，直接測量法測量。（測量方法及資料處理方法見附錄）
資料記錄與處理
1.頻率的測量
訊號源電壓:122v 訊號源電流:392ma 方波
2.駐波比的測量
小駐波比
imax=67.1ua imin=56.2ua
由得 s=1.12
大駐波比
d的測量：d1=143.2mm d4=142.3mm 由d=2（d4-d1）得d為1.8mm
λ的測量：位置1：143.1mm 位置4：80.3mm 所以λ=位置4--位置1=62.8mm
故由公式計算得到，s=11.1
實驗總結：
微波技術無論在生活還是生產中都有十分巨大的應用。通過本次實驗及在斯老師的指導下，我加對微波整個儀器系統的構造和原理有了相當的理解。對於實驗操作過程中所涉及的原理及步驟，更正一些錯誤的認識，有了正確的領會。
在除錯實驗儀器和測量的過程中，我鍛鍊了獨立思考和動手操作的能力。明白了大膽假設，小心求證的重要性以及考慮問題時需全面，細緻。鍛鍊了自身協作能力和動手能力。
附：駐波比的測量
1、小駐波比的測量。電壓駐波比是傳輸線中電場最大值與最小值之比，表示為：
具體步驟是：按照下面的圖連線，在選頻放大器上選擇合適的電壓以及量程和增益按鈕，調節頻率旋鈕，使放大器的表頭數字最大。再移動探測頭使其分別移到波腹和波谷處，記錄下表頭讀數，按照公示計算。
2、測量大、中駐波比（二倍法適用於s>10）
當待測器件駐波比大於10時，駐波波腹和波節相差很大。因而使晶體檢波輸入處於不同的檢波律。這樣用直接法測量駐波比會帶來較大的誤差（即最大值和最小值相差太大，某個讀數有很大誤差）。
而二倍法是採用測量駐波波節點附近駐波分布規律來進行駐波比測量的方法。
具體步驟是：當e最小值小到難以讀數時，適當增加放大電壓，使其最小值讀數變大。我們只需要測量駐波波節點處的幅值imin和2imin時測量線探針間距d＝｜d1-d2｜。
當檢波器的檢波律是平方檢波時，負載的駐波比可以按下式作近似計算：
，當s較大時，很小，上式可以簡化為：。
而駐波波長的測量則可通過探針任意選取駐波上某個點，記錄下讀數，再向乙個方向移動過相同數值第三次時，此時的讀數與第一次的讀數之差就是駐波的波長。
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