微波基本引數測量實驗預習報告

2022-09-02 21:24:09 字數 2390 閱讀 7184

摘要:本實驗報告,介紹如何測量微波的頻率、功率、駐波比,了解了微波傳輸系統的組成部分,通過觀察反射式速調管振盪,了解速調管的結構、特性、工作狀態。

關鍵詞:微波、基本引數

引言:波通常是指波長從1公尺到1公釐範圍內的電磁波。近年來微波邊緣學科都有了長足的發展。它是一門獨特的現代科學技術。那麼,我們該如何來了解微波的一些基本引數呢?

正文:微波的特性:

微波是一種波長較短的電磁波。在電磁波波譜表中,微波的波長介於無線電波與光波之間。波長較長的分公尺波和無線電波的效能相近,波長較短的公釐波則與光波的性質相一致。

本實驗是使用釐公尺波中的x波段,其標稱波長為3.2cm,中心頻率為9375mhz。

由於微波所輻射的能量可與物質發生相互作用,在近代物理領域中已成為一種十分重要的研究手段。使用微波直線加速器和微波頻譜儀可對原子和分子結構進行研究;微波衍射儀可用來研究晶體結構;微波波譜儀可測定物質的許多基本物理量;微波諧振腔又可用來測量低損耗物質的介質損耗及介質常數等。

微波的波長被規定在1mm~1m之間,其頻率範圍相當於300ghz~300mhz。如此之高的振盪頻率,勢必會引起一系列新的問題。現將微波與無線電波的主要不同點簡述如下:

1. 微波的產生具有其獨特性

電子管中,電子由陰極到達陽極的時間稱為「電子渡越時間」,一般是在sec的數量級。這對頻率較低的無線電波來講,幾乎可被忽略。但對頻率高於300 mhz的微波,則將受到制約。

若想從電子管中獲得微波訊號,只能借助於電子流與諧振腔相互交換能量的方式來進行。

2. 在研究方法上兩者有明顯的不同

在低頻電路中,工作波長已遠遠超出實際電路的幾何尺寸(例如:對應於50hz的電磁波其波長值為6000km)。電路中各點的電流和電壓值可被認為是在同一時刻建立起來。

微波系統則不然,由於微波器件的線度十分接近於工作波長,電壓、電流等概念將有別於低頻電路。為此,微波系統的研究方法必須從三度空間場的理論著手,把「路」的觀點轉化成「場」的觀念、把「基爾霍夫定律」轉化成「麥克斯韋方程組」、把「集總引數」轉化成「分布引數」,才能認識和討論有關問題。

3. 微波在傳輸特性上類似於光波

微波與光波雖在波長值上有差異,但均遠遠地小於地球上一般物體的實際尺寸。尤其對微波中的公釐波,其傳輸特性與光波更為接近,使用準光傳輸線就能同時傳播微波與光波。同樣,一般的光學器件和光學特性,微波也都具備。

微波的突出貢獻尤其表現在空間技術領域,使用會聚成束的微波電磁場能量,可以進行定向發射,並能順利地穿透空間電離層,已被人們稱為「宇宙的視窗」。

4. 微波基本引數的測量方法與低頻電路大不相同

阻抗、波長、駐波比和功率等微波引數的測量方法有其獨特之處。微波阻抗的測量是通過檢測電場強度的相對值(即:駐波比)來實現。

波長的測量可經校準過的諧振腔來進行(即通常所稱的「吸收式波長計」)。功率的測量是利用微波的熱效應,通過熱電換能器進行間接的量測。

實驗裝置圖:

實驗步驟初步設計:

1、實驗準備

仔細閱讀實驗講義和實驗室提供的儀器說明書,明確實驗中的注意事項,初步掌握儀器的工作原理和使用方法;

2、頻率測量

①按微波訊號源→隔離器→可變衰減器→波長表→測量線→可變電抗的順序連線好微波系統,將檢波器及檢波指示器接到被測件位置;

②旋轉波長表上的測微頭,邊旋轉邊觀察檢波指示器上的指標偏轉情況。當波長表與被測頻率諧振時,將出現吸收峰,反映在檢波指示器上的是一跌落點,微調螺旋測微頭,當指標偏轉最小時,讀出測量頭讀數,查出相對應的頻率。

3、功率測量

①將傳輸線路終端接入功率探頭探頭和功率表,並選擇合適的量程,在無訊號時對功率計調零(注意換擋調零);

②把波導開關旋轉至功率探頭一邊,發現功率表上有讀數出現,讀出功率讀數並記錄。

4、波長測量

換下檢波器,接短路板,調節測微探頭,記錄與波幅、波節相對應的測量線上的讀數l1、l2調節測量線,λ=2(l2-l1)。

5、駐波比的測量

⑴小駐波比的測量

①調節選頻放大器上的調零旋鈕,使指標指示為零;

②接入被測訊號,調整「頻率」旋鈕,必要時可以換擋,直到儀器讀數最大;

③沿測量線移動探針使儀器得到最大指示值時,即波腹點位置,讀出此時表頭讀數umax;

④沿測量線移動探針使儀器得到最小指示值,即波谷點位置,讀出此時表頭讀數umin,根據ρ=(umax/umin )1/2 ,算出駐波比。

⑵大駐波比的測量

①調節測量線,直到在選頻放大器上指標偏轉最小,然後向左和向右調節測量線指標,使選頻放大器讀數顯示為最小值的兩倍,記下測量線移動的距離d;

②將測量線調節至最左端,然後在選頻放大器上選擇乙個合適的讀數值,使測量線依次從左到右移動;

③記下每次使選頻放大器讀數相同時的測量線位置x1、x2、x3、x4;

④由波導波長1/2λg=l2-l1(其中l1=1/2(x1+x2),l2=1/2(x3+x4))算出波導波長;

⑤由大駐波比的計算公式ρ=λg/πd,將上述測得的值代入可以算出大駐波比。

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