文档介绍：实验五微波的传输特性和基本测量
0 前言
在微波测量技术中,微波测量的主要内容是频率、驻波比、功率等基本参数。在微波工程设计中,多数情况下由于边界条件的复杂性,理论分析往往只能获得近似解,最终要通过微波测量来解决,因此,掌握微波测量技术对今后实际科研工作是非常有用的。
1 实验目的
(1)初步了解微波测量系统,了解微波器件的使用和特性。
(2)了解微波测量技术,微波的传输特性。
(3)熟悉测量微波的基本参数:频率、驻波比。
(4)了解微波波导波长以及自由空间波长之间的关系。
2 原理
频率的测定
由于波长与频率满足关系λ=c/f,因此波长的测量和频率的测量是等效的。在分米波和厘米波波段,频率的测量常采用谐振腔式波长计,而谐振腔波长计又可分两种:即是传输型谐振腔波长计和吸收型谐振腔波长计。传输型谐振腔有两个耦合元件,一个将能量从微波系统输入谐振腔,另一个将能量从谐振腔输出到指示器。当谐振腔调谐于待测频率时,能量传输最大,指示器的读数也最大。吸收式波长计的谐振腔只有一个输入端与能量传输线路衔接,调谐是从能量传输线路接收端指示器读数的降低看出。本实验所用的是吸收式波长计:如图(5—1)所示。此波长计由传输波导与圆柱形谐振腔构成。连接处利用长方形孔作磁耦合,螺旋测微计(读数结构)在旋转时与腔内活塞同步。利用波长表可以测量微波信号源的频率。当构成波长计的空腔与传输的电磁波失谐时,它既不吸收微波功率,也基本不影响电磁波的传输。这种当谐振腔内活塞移动到一定位置,腔的体积正好使腔谐振于待测信号的频率,就有一部分电磁波耦合到腔内并损耗在腔壁上,从而使通过波导的信号减弱,即旋转波长表的测微头,当波长表与被测频率谐振时,将出现吸收峰。反映在检波指示器上是一跌落点,此时读出波长表测微头的读数,再从波长表频率对照表上查出对应的频率。如图(5—2)为不同谐振腔波长计的谐振曲线。
图5—1 吸收式波长计
图5—2 谐振腔波长计谐振曲线
(a)为传输型谐振腔波长计谐振曲线(b)为吸收型谐振腔波长计谐振曲线
波导波长以及驻波比的测量:
图5—4 波导中的驻波分布
图 5—3 驻波测量线结构示意图
关于驻波比,定义为波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场之比。即:
(5-1)
通常采用驻波测量线来测量波导波长和驻波比,驻波测量线结构示意图如图(5—3)所示。三厘米波导测量线由开槽波导,不调谐探头和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样,探头的移动靠滑架上的传动装置,探头的输出送到显示装置,就可以显示沿波导轴线的电磁场变化信息。
波导中驻波分布图如图(5—4)所示。由于终端负载的不同,驻波比r也有大中小之分,因此,驻波比测量应根据实际情况分别对待,实验中如果微波信号较弱,则可以认为检波晶体符合平方律检波,即I∝V2。则驻波比为:
(5-2)
实际测量过程中,如果驻波比在以下范围: ≤r≤,在这种情况下,驻波波幅和波节都不尖锐,因此要多测几个驻波波幅和波节,按以下公式计算r的平均值:
(5-3)
如果认为检波晶体满足平方律检检波,则:
(5-4)
中驻波比(≤r≤10)的测量:此时只需测量一个驻波的波幅和波节,按下式计算
(5-5)
此时晶体检波器也满足平方律检波,所以:
(5-