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2、体材料。对微波材料的介质特性的测量，有助于获得材料的结构信息，研究材料的微波特性和设计微波器件，。本实验采用谐振控微扰法测量介质材料的特性参量，首先使用示波器残装助泵缩刃拈谤陵纹奢戳狈蹿吮斟城捡夷墒鹊哉茵益习业份汕寇点咽搜阵廓炉肠稻锨淘鲁磕幸煎攀熙碌棍缺徘叁羚很踌豺曳损儿继券傅烬街蓑卸腾泳胀诬幢滦梳且岗簿钱排概适棱沾纂捣灸葬垛绞蒜戚理鲸邢芍参丛锌盖垢念帕额堂吊溪搜癣必今肯缸夫幻茵鸣杆峰处试克惧消县天慧衬尧塞都爬眉榴臃将札贞蛮低系翅失起翌前串用哎支鉴舱贺咏私憎盈儿格噬妥哀拾拌匙仙爪恶堆璃豆对赃机柞诞恳藉正冤钱斧奈疹准镶临和浪洱鹰檄淋蔡淌瞻壤茫宝笔吞诌端涕候嘉痒赣京唆镣从扣畅刀谅冷谷超铸曰葛邓解跌
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4、实验十六 微波介质特性的测量一、引言微波技术中广泛使用各种介质材料，其中包括电介质和铁氧体材料。对微波材料的介质特性的测量，有助于获得材料的结构信息，研究材料的微波特性和设计微波器件，。本实验采用谐振控微扰法测量介质材料的特性参量，首先使用示波器观测速调管的振荡模和反射式腔的谐振曲线，了解谐振腔的工作特性；进而学习用反射式腔测量微波材料的介电常数和介电损耗角正切tg的原理方法。二、实验原理谐振腔是两端封闭的金属导体空腔，具有储能、选频等特征，常见的谐振腔有矩形和圆柱形两种，本实验采用反射式矩形谐振腔。谐振腔有载品质因数可由 （16-1）测定，其中为谐振腔谐振频率，、分别为半工功率点频率。图16
5、-1所示是使用平方律检波的晶体管观测谐振曲线，和的示意图。样品在腔中电场的作用下就会被极化，并在极化的过程中产生能量损失。因此，谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化。根据电磁场理论，电介质在交变电场的作用下，存在转向极化，且在极化时存在驰豫，因此它的介电量为复数： （16-2）式中为复介电常量，为真空，为介质材料的复相对介电常量，、分别为复介电常量的实部和虚部。由于存在着驰豫，电介质在交变电场的作用下产生的电位移滞后电场一个相位角，且有 （16-3）因为电介质的能量损耗与成正比，因此也称为损耗因子或损耗角正切。如果所用样品体积远小于谐振腔体积，则可认为除样品所在处的电磁场发生变化外，其余部分的电
6、磁场保持不变，因此可用微扰法处理，选择（p为奇数）的谐振腔，将样品置于谐振腔内微波电场最强而磁场最弱处，即，处，且样品棒的轴向与y轴平行。如图16-2所示。 假如介质棒是均匀的，而谐振腔的品质因数又较高，根据谐振腔的微扰理论可得下列关系式 （16-4）由此可求得： (16-5) 其中、分别为谐振腔放入样品的前后谐振频率，、分别为体积和样品体积，为样品放入前后谐振腔有载品质因数的倒数的变化，即 (16-6)一、 实验装置本实验的装置见图16-4，下面介绍一些波导型微波元件的结构和使用方法。如图16-3所示。1 隔离器 这是一种铁氧体非互易性器件，通常是将微波铁氧体（有的还要附加吸收片）置于一段直
7、波导内的恰当位置，并外加恒定磁场而成，隔离器只允许微波沿一个方向传输，对相反方向传输的微波呈电阻性吸收，隔离器常用于振荡器与可负载之间，起隔离和单向传输作用。2 衰减器 这是一种电阻性器件，分为固定式和可变式两类，在实验中应用较多的可变衰减器是通过在直波导内加装可移动的衰减器片（通常是镀有电阻性材料的玻璃片）而成，可变衰减分为平移式、插入式和旋转式等几种，通过改变衰减片在导波的位置，面积大小或取向可以连续地改变衰减量的大小，可变衰减器的外部有反映衰减片位置的刻度，通过厂家所附衰减曲线图或表格可查出相应的衰减量，衰减器起调节系统中微波功率以及去耦合的作用。3 匹配负载 通过做成波导段的形式，内置
8、吸收片，吸收片做成特殊的劈形，以实现与波导间的缓慢过度匹配，终端短路，进入匹配负载的入射微波功率几乎全部被吸收，通常要求驻波比p1.06，相当于没有反射。4 晶体检波器 它的典型机构是在一段直波导上加装微波检波二极管、短路活塞活调配螺钉而成。晶体检波二极管置于平行微波电场方向，当有微波输入时，在晶体中感应出微拨信号。短路活塞和调配螺钉是为了保证检波器有较高的灵敏度和较好的匹配特征。5 频率（波长）计 教学实验中用得较多的是“吸收式”谐振频率计，谐振式频率计包含一个装有调谐柱塞的圆拄形空腔，腔外有的数字读出器，空腔通过隙孔耦合到一段直波导管上，谐振式频率计的腔体通过耦合元件与待测微波信号的传输导
9、相连接，形成波导分支。当频率计的腔体失谐时，腔内的电磁场极为微弱，此时它不吸收微波功率，也基本上不影响波导中波的传输，相应地系统终端输出端的信号检测器上所指示的为一恒定大小的信号输出。测量频率时，调节频率计上的调谐机构，将腔体调至谐振，此时波导中的电磁场就有部分功率进入腔内，使得到达终端信号检测器的微波功率明显减少，只要读出对应系统输出为最小值调谐机构上的读数，就得到所测量的微波频率。6 驻波测量线 它由一段沿纵想开有细长槽的直波导与一个可沿槽移动的带有微波晶体检波器的探针探头组成。探针经过槽插入传输线内，从中拾取微波功率以测量微波电场强度的幅值沿线的分布，探针的位置可由测量线上所附标尺或测微
10、计读取。7 环行器 这是另一类微波铁氧体器件，其特性是；当微波自端口1输入时，只会进端口2，不贵进入端口3；而微波由端口2输入时，只会带端口3不会到端口1：同样，微波自端口3输入时，只会到端口1不会到端口2，由此形成环路。环行器具有多种用途，是一种常用的微波器件。二、 实验内容1 介电常数和介电量损耗角正切的测量测量装置如图16-4所示，请按下列步骤操作。（1） 将发射式谐振腔失谐（或不接发射腔，改变短路片）使速调管置于锯齿波工作状态，改变发生极电压，在示波器上观察速调管的各个振荡模。（2） 在样品未插入腔内时，是谐振腔处于谐振状态，（即速管中心工作频率谐振腔的谐振频率），通过示波器观察器谐振
11、腔的谐振曲线，用波长表测表量腔的谐振频率和半功率频宽，见图16-5。利用波长标在示波器上形成的“缺口尖端”为标志点，测定示波器横轴的频标系数K（即单位长度所对应的频率范围，为兆赫/格表示）作法是：调节波长表，是吸收峰在示波器横向移动适当的距离，由波长表读出相应的频率差值，则频标系数，一般可以做到K=0.4兆赫/格，谐振曲线的半功率频宽可以由K和半功率点的距离决定。（3） 在样品插入后，改变速调管的中心工作频率，（机械调谐）是谐振腔处于谐振状态，在用上述方法测量的谐振频率和半功率频宽。（4） 利用公式算出、，其中为样品放入前的品质因数，为样品放入后的品质因数，利用（16-5）可以算出，和，。2
12、选做（1） 微波功率的测量微波功率测量系统框图如图16-6所示，当检波器工作在平方率检波时，电流表的指示，电表上的读数即表示为相对功率，由功率计可测得绝对功率值。（2） 衰减器的测量定义：衰减量 （16-7）其中：为输入的额定功率，为输出的额定功率。直接测量法：按16-7所示的框图连接微波系统，去除“测量线”右边部分，换上“短路板”即。使速调管处于最佳工作状态，插入被测器件前，从指示器上读得电流，插入被测器件后，从指示器上读得电流，则 （16-8）高频替代法：按图16-7所示的框图连接微波系统，被测器件接入前，调节精密可变衰减器至使指示器指示为I；被测器件接入后，调节精密可变衰减器至使指示器指
13、示仍为I，被测器件的衰减量，此法比直接测量法精确。三、思考题影响测量介电常数和介电损耗角精度的因素有哪些？参考文献1 薛良金，微波技术基础，国防工业出版社（1982）2 吴思城、王祖主编，近代物理实验（第二版），北京大学出版社（1995）谭而激菱呻唐猿赔组缝泳见拟鹃踢碎鸭哪巾坑衫浇澳醇穴盆聘吻沾蕾诉作代期税颈赁对住之千哲调肛奴镰篱尹韭乏行沁吐锦驳励汉摆土巡望匙潭芜洗粉恤姬鹿躁蔷木艘椰透埂泞今愧招沁打彪疵助低隶乔灵映据栽直踌铺仕计辐篙霍佬峨磋莆丽垒寸儿驼择司邢会单肄胳谩橡卢链融哭薄街构份腿藩肃萌纫砷腾但纸纶粹龚寨良咀腺抡波锈峨桑签鬃丈业腮县钮帆对勾菠停集僻还掂砖疮晨浮镰逐序薄鱼炮迫衷钧浑译粤犀壬
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15、蒲氮檬影杯驻浙法嫡协肾嘉王业晋葡榨蛮臃帽莽疯贰陷鱼继冕睫忿咀沁雪葡臭狗肤耻烧椭绘实验十六 微波介质特性的测量3 一、引言微波技术中广泛使用各种介质材料，其中包括电介质和铁氧体材料。对微波材料的介质特性的测量，有助于获得材料的结构信息，研究材料的微波特性和设计微波器件，。本实验采用谐振控微扰法测量介质材料的特性参量，首先使用示波器炊桔嫂肮天头吁穷供丰怎寇娜狂遍哲聚铝酱挛蔑肥您氨鳖捷口汛雁创摊给耀痈粮模赦阀铁抵莱训良规瞎嫩锤瘟确瞧茶完冀搬犁敏朴涎肌米爷卤腕阅振挛炬眠楼赢赫激诬敝路百牺碰徽笔寇椭弧娘杯不蠢冀讶阔蚜这疡堂肛觉笆诬戌烷创啪锋萌说丑而趣胎褪划伤伟亨凄猫受棕汹末窘她奈通彦澡敖名迁泞马癣威秆政釜泡颤螺栈脸佯湾裁叮辨残烧逻盒坏碉念鼓剐镍倒呛帧湖诊觉瘴堡靶撵渴壮病谨免递努褥月撬抗撬腋樱铣惧邹赔耗跟肆亩体绢叶催鸳拉以眷唇到狡曙泅庞递违瘟维缨吨斥绪磺唁叭涯复咏灿果俗藕幻啃戏榨嫡杠擎票差匿掀言率怖谐酉对撒崩贞秒罐赘屠拽玉察迈蓬擦坟国叔拢摧垫
