文档介绍：北邮电磁场与电磁波测量实验报告5-信号源-波导波长
北京邮电大学
电磁场与电磁波测量实验
实验报告
实验内容：微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量
波导波长的测量
学院

平均误差：
表1 信号源波长测量表
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
实验原理如以下图所示：
按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片。
可变衰减器
微波
信号源
波长表
选频
放大器
可变电抗
隔离器
测量线
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
Z
X
a
Y
b
两点法确定波节点位置
将测量线终端短路后，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〞〔实际上是眼睛未觉察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值相同时小探针所处的两个不同位置，那么其平均值即为理论节点位置：
最后可得〔参见图四〕
图四
【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)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10 μA〕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, 假设呈现为近似一条直线, 那么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