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1、 近代物理实验预习报告微波基本参数测量实验预习报告数理信息学院 物理081 陈贺摘要：微波的基本量有频率，功率与驻波比等。本次实验通过使用隔离器，衰减器，频率计，检流计，微瓦功率计和驻波测量线等仪器，运用直接测量法，间接测量法及二倍极小功率法等方法观察测量微波的基本量，以期通过此次实验，初步了解微波的相关特征。关键词：谐振式频率计 通用式微波功率计 驻波测量线 二倍最小功率法 引 言 微波的用途极为广泛，已经成为我们日常生活中不可缺少的一项技术。微波通常是指波长从1米（300MHZ）到1毫米（300GHZ）范围内的电磁波，其低频段与超短波波段相衔接，高频端与远红外相邻，由于它比一般无线电波的波
2、长要短的多，故把这一波段的无线电波称为微波，可划分为分米波、厘米波和毫米波。 微波的基本特性明显，如波长极短、频率极高、具有穿透性、似光性等。基本特性明显使得微波被广泛应用于各类领域。微波技术不仅在国防、通讯、工农业生产的各个方面有着广泛的应用，而且在当代尖端科学研究中也是一种重要手段，如高能粒子加速器、受控热核反应、射电天文与气象观测、分子生物学研究、等离子体参量测量、遥感技术等方面。近年来，微波技术与各类学科交叉衍生出各类微波边缘学科，如微波超导、微波化学、微波生物学、微波医学等，在各自领域都得到了长足的发展。微波技术是一门独特的现代科学技术，其重要地位不言而喻，因此掌握它的基本知识和实验
3、方法变得尤为重要。正 文一、实验原理1.1 微波频率的测量 微波频率的测量方法有两种：一是谐振腔法；二是频率比较法。实际测量中主要使用谐振腔法，只有在作精密测量和校准时才使用频率比较法。谐振腔法的测量设备是谐振腔波长计，谐振腔波长计有两种不同方法与微波系统连接：传输式（最大读数法）和吸收式（最小读数法）。在本实验中采取的是吸收式谐振腔波长计。其测量频率的工作原理在于谐振腔只有一个输入端与微波传输线相连接，以形成传输线内微波的能量分支。当谐振腔的固有频率与传输的微波频率失谐时，此时它既不吸收微波能量也基本不影响微波的传输，而当谐振腔固有频率调到与传输的微波频率谐振时，此时波导中的部分能量进入腔内
4、，从而使输出的微波能量明显减少，这一现象可从示波器中出现振荡模“中心吸收谷”观察或从检流计的电流突降得到指示，电流减幅最大的位置即为频率的测量值。1.2 功率的测量 1.2 功率的测量微波功率是表征微波信号强弱的一个物理量，通常采用替代或比较的方法进行测量。也就是将微波功率借助于能量转换器，转换成易于测量的低频或直流物理量，来实现微波功率的测量。下图为测量功率的电路连接。实验中将波导开关旋至功率计通路，用功率计可测得绝对功率值。1.3 驻波比的测量关于驻波比，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，其中Emax和Emin分别表示波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场强度。实验中通
5、常采用驻波测量线来测定波导波长和驻波比，其结构如图所示 使用驻波测量线进行测量时，要考虑探针在开槽波导管内有适当的穿伸度，探针穿伸度一般取波导窄边宽度的5%10%。实验前应注意驻波测量线的调谐，使其既有最佳灵敏度，又使探针对微波通路的影响降至最低。一般是将测量线终端短接，形成纯驻波场。移动探针置于波节点，调节测量线，使得波节点位置的检波电流最大，反复进行多次。由于终端负载不同，驻波比s也有大中小之分。因此驻波比测量的首要问题是，根据驻波极值点所对应的检波电流，粗略估计驻波比s的大小。在此基础上，再作进一步的精确测定：（1）小驻波比的测量 在这种情况下，驻波波腹和波节都不尖锐，因此要多测几个驻波
6、波节和波腹，按下式计算S的平均值：当检波晶体管满足平方检波律时， 按照下面的图连接，在选频放大器上选择合适的电压以及量程和增益按钮，调节频率旋钮，使放大器的表头数字最大。再移动探测头使其分别移到波腹和波谷处，记录下表头读数，按照公示计算。 （2）中驻波比的测量此时只需测一个驻波腹和一个驻波节，按下式计算即可： （3）大驻波比的测量波腹振幅与波节振幅的差别很大，测量线不能同时测量波腹和波节，当待测器件驻波比大于10时，驻波波腹和波节相差很大。因而使晶体检波输入处于不同的检波律。这样用直接法测量驻波比会带来较大的误差（即最大值和最小值相差太大，某个读数有很大误差）。此时可以用二倍极小功率法进行测量
7、。利用探针测量极小点两旁，功率为极小功率二倍的两点的距离W，波导波长g，可按下式计算驻波比：当检波器的检波律是平方检波时，负载的驻波比可以按下式作近似计算：，当S较大时，很小，上式可以简化为：。二、实验仪器DH1121C型三厘米固态信号源、DH364A00型三厘米波导测量线、隔离器、DH4861B型厘米波功率计、DH388A0型选频放大器、DH406A0型微波实验系统、衰减器、频率计、检流计(示波器)实验装置三、实验步骤3.1测试前的准备工作根据讲义中介绍的常用微波器件和实验室提供的仪器使用说明书，掌握它们的工作原理及使用方法。3.2频率的测量仔细旋转吸收式波长计上螺旋测微计的刻度，在7mm8
8、mm的范围内，细心观察微安表电流值的变化。在找到最大吸收点时，记下波长计的读数D。连接微波系统，将检波器及检波指示器接到被测件位置，利用波长表可以测出微波信号源的频率，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，反映在检波器上的指示是一跌落点，读出测量头读数，查出对应频率。 3.3 功率的测量传输线路终端接入探头和功率计，并选择合适的量程，功率计调零后把波导开关旋至检波器上，读出功率读数。传输线路终端接入探头和功率计，并选择合适的量程，功率计调零后把波导开关旋至检波器上，读出功率读数。 3.4 驻波比的测量由于直接测量极大点和极小点不够准确，所以采取测量极点两边的值的方法来代替
9、直接测量。分别测量大驻波比、中驻波比、小驻波比。驻波比依据不同的负载，结合大，中，小驻波比，分别使用二倍最小功率法，直接测量和平均测量法测量 四、数据处理4.1频率测量输入信号电压(V)输入信号电流(mA)波长读数/mm频率/MHZ12.023248.044897612.023248.072897312.023248.0788973波长的平均值=（8.044+8.072+8.078）/3=8.065mm频率的平均值=（8976+8973+8973）/3=8974MHZ4.2功率测量衰减器长度（mm）功率（mw）5.0000.755.2400.444.9000.924.3驻波比测量大驻波比：Umax(mV)Umin(mV)小驻波比：Umax(mV)Umin(mV)中驻波比：X1（mm）X2（mm）X3（mm）X4（mm）（mm）143.7137.8119.0113.349.2X5（mm）X6（mm）d（mm）2.202.810.61创意：1：在蹲式厕所的出水口，安装上一个可容纳清晰球的环。这样可以保持厕所的空气比较好。 2：在枕头里安装上震动时钟，闹钟的作用更明显。近代物理实验预习报告
