微波速調(diào)管及傳輸特性測(cè)量.doc

得分教師簽名批改日期深 圳 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱： 近代物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱： 微波速調(diào)管及傳輸特性測(cè)量 學(xué)院： 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 組號(hào) 指導(dǎo)教師： 報(bào)告人： 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間： 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腶) 要求學(xué)全使用基本微波器件,了解微波振蕩源的基本工作特性和微波的傳輸特性。 b) 掌握頻率、功率以及駐波比等基本量的測(cè)量,培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范與處理能力。c) 作圖作表與數(shù)據(jù)處理能力,基本實(shí)驗(yàn)的測(cè)試能力。二、實(shí)驗(yàn)原理1.微波的傳輸特性在微波波段，為了避免導(dǎo)線輻射損耗和趨膚效應(yīng)等的影響，一般采用波導(dǎo)作為微波傳輸線微波在波導(dǎo)種傳輸具有橫電波(TE波)，橫磁波(TM波)和橫電波與橫磁波的混合波三種形式矩形波導(dǎo)是較常用的傳輸線之一,它能傳輸各種波型的橫電波(TE波)，橫磁波(TM波)微波實(shí)驗(yàn)中使用的標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)管，通常采用的傳輸波型是TE-1o波波尋中存在入射波和反射波，描述波尋管中匹配和反射程度的物理量是駐波比或反射系數(shù)依據(jù)終端負(fù)載的不同波導(dǎo)管具有三種工作狀態(tài)：(1)當(dāng)終端接“匹配負(fù)載”時(shí)反射波不存在，波導(dǎo)中呈行波狀態(tài)；(2)，當(dāng)終端接”短路片”開路或接純電抗性負(fù)載時(shí),終端全反射，波導(dǎo)中呈純駐波狀態(tài);(3)一般情況下，終端是部分反射,波導(dǎo)中傳輸?shù)募炔皇切胁?，也下是純駐波，而是呈行駐波狀態(tài) 2微波頻率的測(cè)量微波的頻率是表征微波倌號(hào)的一個(gè)重要物理量頻率的測(cè)量通常采用數(shù)字式頻率計(jì)或吸收式頻率計(jì)進(jìn)行測(cè)量下面主要介紹較常用的吸收式頻率計(jì)計(jì)的工作原理當(dāng)調(diào)節(jié)頻率計(jì)，使其目身空腔的固有頻率與微波信號(hào)頻率相同時(shí)，則產(chǎn)生諧振，此時(shí)通過(guò)連接在微波通路上的微安表或功率計(jì)可觀察到信號(hào)幅度明顯減小的現(xiàn)象注意，應(yīng)以減幅最大的位置作為判斷畫頻率測(cè)量值的依據(jù) 3微波功率的測(cè)量微波功率是表征微波信號(hào)強(qiáng)弱的一個(gè)物理量通常采用替代或比較的萬(wàn)法進(jìn)行測(cè)量也就是將微波功率借助于能量轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的低頻或直流物理量來(lái)實(shí)現(xiàn)微波功率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)室中通常采用吸收式微瓦功率計(jì)(如GX2A)在功率計(jì)探頭表面。用兩種不同金屬噴鍍?cè)诒∧せw上形成熱電堆，放在同軸線的電場(chǎng)中間它既是終端吸收的負(fù)載,又是熱電轉(zhuǎn)換元件在未輸入微波功率時(shí)熱電堆節(jié)點(diǎn)之間沒(méi)有有溫差，因而沒(méi)有輸出；當(dāng)輸入微波功率時(shí)，熱電元件吸收微波功率使熱電堆的熱節(jié)點(diǎn)溫度升高.這就與冷節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生溫差而引起溫差電動(dòng)勢(shì)(微弱的直流電勢(shì))，且該元件產(chǎn)生的直流電勢(shì)是與輸入微波功率成正比例的熱電堆輸出的微弱直流訊號(hào)再輸入到一只高靈敏度的直流放大器作功翠直讀指示 4 、波導(dǎo)波長(zhǎng)和駐波比的測(cè)量關(guān)于駐波比，定義為波導(dǎo)中駐波極大值點(diǎn)與駐波極小值點(diǎn)的電場(chǎng)之比即 其中Ema和Emin分別表示波導(dǎo)中駐波極大值點(diǎn)與駐波極小值點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.實(shí)臉中通常采用測(cè)量線來(lái)測(cè)定波導(dǎo)波長(zhǎng)和駐波比，其結(jié)構(gòu)如圖8.11所示使用駐波測(cè)量線進(jìn)行測(cè)量時(shí)要考慮探針在開槽波導(dǎo)管內(nèi)有適當(dāng)?shù)拇┥於?，探針穿伸度一般取波?dǎo)窄邊寬度的510實(shí)驗(yàn)前應(yīng)注意駐波測(cè)量線的調(diào)諧使其既有最佳靈敏度， 又使探針對(duì)微波通路的影響降至最低一股是將測(cè)量線終端短接形成純駐波場(chǎng)移動(dòng)探針置于波腹點(diǎn)調(diào)節(jié)測(cè)量線，使得波腹點(diǎn)位置的檢波電流最大,反復(fù)進(jìn)行多次.(1) 駐波比的測(cè)量由于終端負(fù)載不同, 駐波比也有大中小之分，因此，駐波比測(cè)量的首要問(wèn)題是，根據(jù)駐波極值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的檢波電流0，粗略估計(jì)駐波比的大小.在此基礎(chǔ)上,再作進(jìn)一步的精確測(cè)定實(shí)驗(yàn)中微波信號(hào)比較弱，可認(rèn)為檢波晶體(微波二極管)符合平方律檢波,即IV2若不然，需進(jìn)行修正依據(jù)公式求出P的粗略值后，再按依照駐波比的三種情況,進(jìn)一步精確測(cè)定P值a)大駐波比(6)，的測(cè)量在大駐波比的三種情況下，檢波電流Imax與Imin相差太大，在波節(jié)點(diǎn)上檢波電流極微，在波腹上二極管檢波特性遠(yuǎn)離平方律，故不能用(81 .2)式計(jì)算駐波比,可采用“二倍極小功率法”如圖8.1.2所示,利用駐波測(cè)量線測(cè)量極小點(diǎn)兩旁功率為其二倍的點(diǎn)坐標(biāo),進(jìn)而求出d,則b)中駐波比(1.5P6)的測(cè)量中駐波比的情況可直接根據(jù)式(8.1.2)計(jì)算,c)小駐波比(1.0051.5)的測(cè)量.在小駐波比情況下,駐波極大值點(diǎn)與極小值點(diǎn)的檢波電流相差細(xì)微,因此采用測(cè)量多個(gè)相鄰波腹與波節(jié)點(diǎn)的檢波電流值，進(jìn)而取平均的方法(2)波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)在數(shù)值上為相鄰兩個(gè)駐波極值點(diǎn)(波腹或波節(jié))距離的兩倍由于場(chǎng)強(qiáng)在極大值點(diǎn)附近變化緩慢，峰頂位置不易確定，買際采用測(cè)定駐波極小點(diǎn)的位置來(lái)求出波導(dǎo)波長(zhǎng)考慮到駐波極小點(diǎn)附近變化平緩，因而測(cè)量值不夠準(zhǔn)確為此，測(cè)量時(shí)通常不采取直接測(cè)量駐波極小點(diǎn)位置的方式，而是通過(guò)平均值間接測(cè)量.亦即測(cè)極小點(diǎn)附近兩點(diǎn)(此兩點(diǎn)在指示器上的輸出幅度相等)的坐標(biāo),然后取這兩點(diǎn)坐標(biāo)的平均值,即得極小點(diǎn)坐標(biāo).如圖8.1.3所示,兩個(gè)相鄰極小點(diǎn)的距離為半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)g,測(cè)量計(jì)算公式為其中(x1,x1)、(x2,x2)分別為極小值點(diǎn)兩旁輸出幅度相等得兩點(diǎn)坐標(biāo).三、實(shí)驗(yàn)儀器以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、微波頻率的測(cè)量2、駐波比的測(cè)量關(guān)于駐波比，定義為波導(dǎo)中駐波極大值點(diǎn)與駐波極小值點(diǎn)的電場(chǎng)之比即其中Emax和Emin分別表示波導(dǎo)中駐波極大值點(diǎn)與駐波極小值點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.3、波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)在數(shù)值上為相鄰兩個(gè)駐波極值點(diǎn)(波腹或波節(jié))距離的兩倍由于場(chǎng)強(qiáng)在極大值點(diǎn)附近變化緩慢，峰頂位置不易確定，買際采用測(cè)定駐波極小點(diǎn)的位置來(lái)求出波導(dǎo)波長(zhǎng)考慮到駐波極小點(diǎn)附近變化平緩，因而測(cè)量值不夠準(zhǔn)確為此，測(cè)量時(shí)通常不采取直接測(cè)量駐波極小點(diǎn)位置的方式，而是通過(guò)平均值間接測(cè)量.亦即測(cè)極小點(diǎn)附近兩點(diǎn)(此兩點(diǎn)在指示器上的輸出幅度相等)的坐標(biāo),然后取這兩點(diǎn)坐標(biāo)的平均值,即得極小點(diǎn)坐標(biāo)。四、數(shù)據(jù)處理1.功率（電流代替）和頻率的特性：U/V020406080100120140I/uA01.152.6003.600U/V160180200220240260280300I/uA01.63.851.650000由UI關(guān)系曲線可見(jiàn)解看出反射速調(diào)管的功率和頻率特性：反射速調(diào)管并不是在任意的反射極電壓下都能發(fā)生震蕩，只有在特點(diǎn)反射電壓下才能震蕩。在振蕩模中心，輸出功率最大，且輸出功率P和振蕩頻率f隨反射極電壓的變化比較慢。2.測(cè)量共振頻率：f=9.464GHz3.駐波測(cè)量I/uAX/mmI/uAX/mmI/uAX/mmI/uAX/mm13.55233.6453.5673.434.2254.35474.2569454.7274.9494.85714.775.1295.4515.2735.195.3315.3535.3755.15114.8334.9554.9774.85134.2354.35574.2794.5153.4373.6593.4813.6172.9392.95612.8833192.7412.75632.6213433652.85由X-I關(guān)系圖可得：波導(dǎo)波長(zhǎng)g=（X2+X2”）-（X1+X1”）=(61+65)-(39+43)=44mm大駐波比：= g/d = 44/2 = 7.01中駐波比：= Emax/Emin=（Imax/Imin）1/2=（5.4/2.6）1/2=1.44小駐波比：= （Emax1+ Emax2+ Emax3+ Emax4）/（Emin1+ Emin2+ Emin3） = （5.3+5.4+5.3+5.15）/（2.7+2.75+2.6）=1.87五、思考題1.駐波測(cè)量線的調(diào)節(jié)應(yīng)注意哪些問(wèn)題？答：使用駐波測(cè)量線進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要考慮探針在開槽波導(dǎo)管內(nèi)有適當(dāng)?shù)拇┥於?，探針伸度一般取波?dǎo)管窄邊寬度的5%-10%。實(shí)驗(yàn)前，注意博導(dǎo)現(xiàn)的調(diào)節(jié)，使其有最佳的靈敏度，又使探針對(duì)微波通路的影響降至最低。一般是將測(cè)量線終端短接，形成駐波場(chǎng)，一下哦那個(gè)探針置于波腹點(diǎn)，調(diào)節(jié)測(cè)量線，使波腹點(diǎn)的位置的檢波電流最大，反復(fù)多次。2.駐波測(cè)量線測(cè)定波導(dǎo)波長(zhǎng)的方法波導(dǎo)波長(zhǎng)g與自由空間波長(zhǎng)的大小關(guān)系如何?答： g=（X2+X2”）-（X1+X1”） 其中（X2、X2”），（X1、X1”）分別是極小值點(diǎn)兩旁輸出幅度相同的兩點(diǎn)坐標(biāo)。3.為什么有時(shí)晶體檢波器在速調(diào)管和檢波二極管都完好的情況下，會(huì)出現(xiàn)輸出信號(hào)很小的現(xiàn)象，如何調(diào)節(jié)?答：當(dāng)調(diào)節(jié)頻率計(jì)時(shí)，使其自身空腔的固有頻率與微波信號(hào)頻率相同時(shí)，產(chǎn)生共振，此時(shí)信號(hào)幅度會(huì)明顯減小，因此，應(yīng)調(diào)節(jié)頻率計(jì)，使其自身固有頻率不等且與信號(hào)頻率相差很大。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論 本次實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)了如何使用基本微波