微波的基本參數(shù)測量 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、微波的基本參數(shù)測量【摘要】微波系統(tǒng)中最基本的參數(shù)有頻率、駐波比、功率等。在通過對微波測試系統(tǒng)的基本組成和工作原理的觀察和研究后，我們需要對頻率、功率以及駐波比等基本量進(jìn)行測量。了解了微波在波導(dǎo)中的傳播特點(diǎn)，習(xí)用微波作為觀測手段來研究物理現(xiàn)象，從而進(jìn)一步認(rèn)識微波?！娟P(guān)鍵詞】微波 頻率 駐波比 功率【引言】 微波的用途極為廣泛，已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊豁?xiàng)技術(shù)。微波通常是指波長從1米（300MHZ）到1毫米（300GHZ）范圍內(nèi)的電磁波，其低頻段與超短波波段相銜接，高頻端與遠(yuǎn)紅外相鄰，由于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，可劃分為分米波、厘米波和毫米波。微波的

2、基本特性明顯，如波長極短、頻率極高、具有穿透性、似光性等。基本特性明顯使得微波被廣泛應(yīng)用于各類領(lǐng)域。微波技術(shù)不僅在國防、通訊、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面有著廣泛的應(yīng)用，而且在當(dāng)代尖端科學(xué)研究中也是一種重要手段，如高能粒子加速器、受控?zé)岷朔磻?yīng)、射電天文與氣象觀測、分子生物學(xué)研究、等離子體參量測量、遙感技術(shù)等方面。近年來，微波技術(shù)與各類學(xué)科交叉衍生出各類微波邊緣學(xué)科，如微波超導(dǎo)、微波化學(xué)、微波生物學(xué)、微波醫(yī)學(xué)等，在各自領(lǐng)域都得到了長足的發(fā)展。 微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個(gè)特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。而對金屬類東西，則會反射

3、微波。從電子學(xué)和物理學(xué)觀點(diǎn)來看，微波這段電磁頻譜具有不同于其他波段的如下重要特點(diǎn)： 穿透性：微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠(yuǎn)紅外線等波長更長，因此具有更好的穿透性。微波透入介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高，使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時(shí)加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導(dǎo)時(shí)間，且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系時(shí)，物料內(nèi)外加熱均勻一致。 似光性和似聲性：微波波長很短，比地球上的一般物體（如飛機(jī)，艦船，汽車建筑物等）尺寸相對要小得多，或在同一量級上。使得微波的特點(diǎn)與幾何光學(xué)相似，即所謂的似光性。因此使用微波工作，能使電路元件尺寸減?。皇瓜到y(tǒng)更加緊湊；

4、可以制成體積小，波束窄方向性很強(qiáng)，增益很高的天線系統(tǒng)，接受來自地面或空間各種物體反射回來的微弱信號，從而確定物體方位和距離，分析目標(biāo)特征。 非電離性：微波的量子能量還不夠大，不足與改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子之間的鍵。再有物理學(xué)之道，分子原子核原子核在外加電磁場的周期力作用下所呈現(xiàn)的許多共振現(xiàn)象都發(fā)生在微波范圍，因而微波為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面，利用這一特性，還可以制作許多微波器件 。微波技術(shù)是一門獨(dú)特的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，其重要地位不言而喻，因此掌握它的基本知識和實(shí)驗(yàn)方法變得尤為重要?！菊摹恳?、實(shí)驗(yàn)原理 微波是一種波長較短的電磁波。在電磁波波譜表中，微波的

5、波長介于無線電波與光波之間。波長較長的分米波和無線電波的性能相近，波長較短的毫米波則與光波的性質(zhì)相一致。本實(shí)驗(yàn)是使用厘米波中的X波段，其標(biāo)稱波長為3.2cm，中心頻率為9375MHz。由于微波所輻射的能量可與物質(zhì)發(fā)生相互作用，在近代物理領(lǐng)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(jié)構(gòu)進(jìn)行研究；微波衍射儀可用來研究晶體結(jié)構(gòu)；微波波譜儀可測定物質(zhì)的許多基本物理量；微波諧振腔又可用來測量低損耗物質(zhì)的介質(zhì)損耗及介質(zhì)常數(shù)等。微波的波長被規(guī)定在1mm1M之間，其頻率范圍相當(dāng)于300GHz300MHz。如此之高的振蕩頻率，勢必會引起一系列新的問題?，F(xiàn)將微波與無線電波的主要

6、不同點(diǎn)簡述如下：1. 微波的產(chǎn)生具有其獨(dú)特性電子管中，電子由陰極到達(dá)陽極的時(shí)間稱為“電子渡越時(shí)間”，一般是在sec的數(shù)量級。這對頻率較低的無線電波來講，幾乎可被忽略。但對頻率高于300 MHZ的微波，則將受到制約。若想從電子管中獲得微波信號，只能借助于電子流與諧振腔相互交換能量的方式來進(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)際電路的幾何尺寸（例如：對應(yīng)于50Hz的電磁波其波長值為6000KM）。電路中各點(diǎn)的電流和電壓值可被認(rèn)為是在同一時(shí)刻建立起來。微波系統(tǒng)則不然，由于微波器件的線度十分接近于工作波長，電壓、電流等概念將有別于低頻電路。為此，微波系統(tǒng)的研究方法必

7、須從三度空間場的理論著手，把“路”的觀點(diǎn)轉(zhuǎn)化成“場”的觀念、把“基爾霍夫定律”轉(zhuǎn)化成“麥克斯韋方程組”、把“集總參數(shù)”轉(zhuǎn)化成“分布參數(shù)”，才能認(rèn)識和討論有關(guān)問題。3. 微波在傳輸特性上類似于光波微波與光波雖在波長值上有差異，但均遠(yuǎn)遠(yuǎn)地小于地球上一般物體的實(shí)際尺寸。尤其對微波中的毫米波，其傳輸特性與光波更為接近，使用準(zhǔn)光傳輸線就能同時(shí)傳播微波與光波。同樣，一般的光學(xué)器件和光學(xué)特性，微波也都具備。微波的突出貢獻(xiàn)尤其表現(xiàn)在空間技術(shù)領(lǐng)域，使用會聚成束的微波電磁場能量，可以進(jìn)行定向發(fā)射，并能順利地穿透空間電離層，已被人們稱為“宇宙的窗口”。4. 微波基本參數(shù)的測量方法與低頻電路大不相同阻抗、波長、駐波比

8、和功率等微波參數(shù)的測量方法有其獨(dú)特之處。微波阻抗的測量是通過檢測電場強(qiáng)度的相對值（即：駐波比）來實(shí)現(xiàn)。波長的測量可經(jīng)校準(zhǔn)過的諧振腔來進(jìn)行（即通常所稱的“吸收式波長計(jì)”）。功率的測量是利用微波的熱效應(yīng)，通過熱電換能器進(jìn)行間接的量測。實(shí)驗(yàn)裝置圖：二、實(shí)驗(yàn)步驟： 根據(jù)講義中介紹的常用微波器件和實(shí)驗(yàn)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。1頻率測量 按微波信號源隔離器可變衰減器波長表測量線可變電抗 的順序連接好微波系統(tǒng)，將檢波器及檢波指示器接到被測件位置； 旋轉(zhuǎn)波長表上的測微頭，邊旋轉(zhuǎn)邊觀察檢波指示器上的指針偏轉(zhuǎn)情 況。當(dāng)波長表與被測頻率諧振時(shí)，將出現(xiàn)吸收峰，反映在檢波指示器上的 是一跌

9、落點(diǎn)，微調(diào)螺旋測微頭，當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)最小時(shí)，讀出測量頭讀數(shù)，查 出相對應(yīng)的頻率。 2.功率測量 將傳輸線路終端接入功率探頭探頭和功率表，并選擇合適的量程， 在無信號時(shí)對功率計(jì)調(diào)零（注意換擋調(diào)零） ； 把波導(dǎo)開關(guān)旋轉(zhuǎn)至功率探頭一邊，發(fā)現(xiàn)功率表上有讀數(shù)出現(xiàn)，讀出 功率讀數(shù)并記錄。 3波長測量 換下檢波器，接短路板，調(diào)節(jié)測微探頭，記錄與波幅、波節(jié)相對應(yīng)的測量線上 的讀數(shù) L1、L2 調(diào)節(jié)測量線，=2（L2-L1） 。4駐波比的測量 （1）小駐波比的測量在這種情況下，駐波波腹和波節(jié)都不尖銳，因此要多測幾個(gè)駐波波節(jié)和波腹，按下式計(jì)算S的平均值：當(dāng)檢波晶體管滿足平方檢波律時(shí)，則 （2）中駐波比的測量 此時(shí)只需

10、測一個(gè)駐波腹和一個(gè)駐波節(jié)，按下式計(jì)算即可： （3）大駐波比的測量 波腹振幅與波節(jié)振幅的差別很大，測量線不能同時(shí)測量波腹和波節(jié)，此時(shí)可以用二倍極小功率法進(jìn)行測量。利用探針測量極小點(diǎn)兩旁，功率為極小功率二倍的兩點(diǎn)的距離W，波導(dǎo)波長，可按下式計(jì)算駐波比： 波導(dǎo)波長的測量 波導(dǎo)波長在數(shù)值上為相鄰兩個(gè)駐波極值點(diǎn)（波腹或波節(jié)）距離的兩倍：三、實(shí)驗(yàn)要求(1) 熟悉和掌握微波測試系統(tǒng)中各種常用設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理及使用方法；(2) 掌握微波系統(tǒng)中頻率、駐波比、功率等基本參數(shù)的測量方法；(3) 按要求測出測量線中的駐波分布；四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理：(1)頻率測量:諧振腔的寬度：6.28mm 查表得諧振頻率為9218MHz

11、(2)功率測量功率（mw)諧振腔的寬度（mm)查表得對應(yīng)的頻率（GHZ)7.645.6393017.604.6594377.617.9690287.657.239107實(shí)際測得功率平均值為：7.63MW（3）微波駐波比測量3.1在功率表前截止的通道：（大駐波比）四個(gè)相同電壓的位置參數(shù)：X1(mm)X2(mm)X3(mm)X4(mm)85.398.1108.8121.4L1=（X1+X2）/2=91.7(mm) L2=(X3+X4)/2=115.1(mm)波導(dǎo)波長:=2(L2-L1)=46.8(mm)利用探針測量極小點(diǎn)兩旁，功率為極小功率二倍的兩點(diǎn)X5=3.430mm X6=3.221mm得：W

12、=X5-X6=3.430-3.221=0.209(mm)駐波比 =71.3133.2指向功率表的通道：（小駐波比）測得的最大電壓與最小電壓Umax(uv)Umin(uv)4.553.504.753.704.403.551.1293.3指向檢波器的通道:(中駐波比)Umax(uv)Umin(uv)9.120.3=5.5143.4指向最遠(yuǎn)端的通道:（大駐波比）四個(gè)相同電壓的位置參數(shù)：X1(mm)X2(mm)X3(mm)X4(mm)146.9131.7123.6108.3L1=（X1+X2）/2=139.3(mm) L2=(X3+X4)/2=115.95(mm)波導(dǎo)波長:=2*(L1-L2)=46.7(mm)利用探針測量極小點(diǎn)兩旁，功率為極小功率二倍的兩點(diǎn)X5=6.000mm X6=6.591mmW=X6-X5=6.591-6.000=0.591(mm)駐波比=25.165五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1) 用選頻放大器測駐波比時(shí)，體效應(yīng)微波源必須使用“方波”檔。由于儀器的靈敏度很高，可將“分貝”及“增益”旋鈕做為“粗”、“細(xì)”調(diào)使用。切勿使電表指示超出100mA,否則極易損壞電表。功率計(jì)探頭的功率衰減為100，故真實(shí)的功率應(yīng)為功率計(jì)示值的100倍。(2) 微波系統(tǒng)各元件器件的波導(dǎo)口應(yīng)注意對齊，以減少因電波在參差的波導(dǎo)口多次反射而引