3cm波導測試系統(tǒng)硬件實驗

1、實驗二、3cm波導測試系統(tǒng)硬件實驗班級：學號：姓名： 報告日期：一、實驗目的：1. 學習波導理論，掌握矩形波導 TEio基本設計方法及波導內的電磁波傳播特性；2. 理解行波，純駐波，駐波的工作狀態(tài)；以及純駐波的g/4波腹波節(jié)變化，及g/2波長阻抗不變性。二、實驗原理(略)2.1矩形波導中主模TEio傳輸模式及其場分布由于矩形波導的四壁都是導體，根據(jù)邊界條件波導中不可能傳輸TEM模，只能傳輸TE或TM模。這里只分析TE模(Ez=0, Hz),對于TE模只要解Hz的波動方程。即z02hz0kXo對于TE。模，根據(jù)式2可得：I * 亦 _se- aH1% &胡E=E=H=0x 2 $圖1矩形波導場結

2、構圖由圖1可見,場的各個分量沿寬邊 a只變化一次，即有一個半駐波分布，是沿窄邊b均勻分布,這是因為m=1及n=0的緣故，故m表示場分布沿波導寬邊方向的半駐波個數(shù),n表示場分布沿波導窄邊方向的半駐波個數(shù)。對于3cm波導，在尺寸為 a b 22.86 10.16mm2的矩形波導中，傳輸 TE10模，工作頻率10GHz。主要參數(shù)如下:截止波長：cTE10 2a 2 22.86(mm)；截止頻率:cTEp2a0 03 1082 22.26 106.56 109 (Hz)波阻抗：Zte0377499.3()101 (fc f)2 0.755波導波長:gTE1001 (fc f)23 10,1 (6.56

3、 10)23.97 10 2(m)、實驗內容:如圖2，連接實驗器件，構成3cm波導測試系統(tǒng)。圖2波導測試系統(tǒng)測量實驗連接圖波導測試系統(tǒng)的終端負載，依次采用開口，反射板，喇叭天線，以及匹配負載四種情況進行測試。自由空間波長和波導波長的測量，實驗主要過程如下：1. 給Gunn振蕩器加電，工作頻率在 10GHz,給PIN調制器送1 KHz、2Vp-p的方波。2. 調節(jié)可調衰減器到10dB，調節(jié)SWR表使其指示在中間刻度位置。3. 調節(jié)方波發(fā)生器的頻率，從而使SWR的指示最大。4. 當反射板放在波導的開口前方，反射板垂直于波導。移動反射板時，駐波圖形將由于反射板的變化而發(fā)生變化。駐波的變化是通過開槽測

4、量線的探頭檢測的。移動反射板，尋找兩個相鄰的最小檢測值的點，此兩點的距離對應自由空間的半波長。5. 將開槽測量線的出口用短路板蓋住，調節(jié)開槽測量線并定位出輸出電壓最低的點，從此點開始尋找相鄰的另一個電壓最低的點。6. 終端為開口情況，以及接喇叭天線情況，測量波導波長情況同步驟4，5.表1波導波長的測量值和計算值的比較終端開口短路板喇叭天線位置1 （mm）（第一波腹值）000位置2 （mm）（第一波谷值）11.4011.6511.79位置3 （mm）（第二波腹值）20.8122.0822.78位置4 （mm）（第二波谷值）29.9330.1532.00輸出電壓最大值（mV）230650425計算

5、的乃45.2350.6053.287. 波導測量線終端為開口情況， 通過選頻放大器）觀測輸出電壓最大值 等參數(shù)，有無變化， 給出解釋。并和終端接喇叭天線，終端接短路負載的測量進行比較，給出分析。答：終端為開口情況時，輸出電壓地最大值比短路情況時小很多，移動SWR基本上沒有變化；接上喇叭天線時這個電壓就要變大，主要時因為喇叭是回收的信號變化多， 所以電壓最大值變大。8. 終端接匹配負載，通過選頻放大器 （SWR觀測駐波比等參數(shù)，有無變化，給出解釋。答：通過實驗可以觀測出駐波比等參數(shù)有微弱的變化，引起變化的原因應該是儀器本身的誤差和我們操作的一些錯誤習慣引起的。四、實驗報告要求1、寫清學號、姓名、

6、班級及實驗名稱。2、簡略寫出實驗原理，實驗步驟，給出實驗數(shù)據(jù)及必要的計算，并給出必要的分析。3、回答出五、實驗中主要問題 。4、寫出實驗體會。五、實驗中主要問題：1、試定性解釋為什么空心金屬波導中不能傳輸TEM波。答：從求解導波場的方程可以看出，TEM波對應KC=0的情況，TEM導波場滿足二維拉氏方程，又因為，可以看做二維靜電場問題的解，所以TEM導波場與靜態(tài)場相似，可以在導體之間傳輸（如傳輸線等），空心金屬波導屬單一導體因而不能傳輸TEM波。另一方面，若金屬波導內有 TEM波，磁場線為橫截面內的閉合線，產生軸向電流（傳導電流或位移電流） 而金屬波導中不可能有傳導電流而位移電流也為0 （電場在

7、橫截面內），所以產生矛盾，故空心金屬波導不能傳輸TEM波。2、 解釋波導測量線開槽為什么選擇在寬邊的中央？答：因為矩形波導中的主模為 TE10 模 ,而由 TE10 的管壁電流分布可知 ,在波導寬邊 中 線處只有縱向電流 . 因此沿波導寬邊的中線開槽不會因切斷管壁電流而影響波導 內的場分 布 ,也不會引起波導內電磁波由開槽口向外輻射能量。3、波導測試系統(tǒng)工作的主模是什么？工作頻率是多少？主要幾何尺寸a、b 是多少，波導波長是多少？波導阻抗是多少？答：主模是 TE10 模，工作頻率是 6.56GHz, a=22.86mm、 b=10.16mm ，波導波長是 3.97mm ， R=499.3ohm

8、。4、波導測量線終端接匹配負載，通過選頻放大器觀測輸出電壓最大值等參數(shù)，有無變 化，給出解釋。答：理論上應該是沒有變化的，但是通過實驗可以觀測出駐波比等參數(shù)有微弱的變 化，引起變化的原因應該是儀器本身的誤差和我們操作的一些錯誤習慣引起的。5、波導測量線終端接短路負載，通過選頻放大器觀測輸出電壓最大值等參數(shù)，有無變 化，并給出波導波長的測量值，測量結果與理論結果比較，并給出解釋。 答 : 理論上應該是沒有變化的，但是因為實際操作存在系統(tǒng)誤差及隨機誤差等原因， 以至于測量結果比理論值略小。6、波導測量線終端分別為開口情況，喇叭天線，通過選頻放大器觀測輸出電壓最大值 等參數(shù)，有無變化，給出解釋。測量線終端開口和終端接喇叭天線，以及終端接短 路負載的測量進行比較，給出分析。答：在終端接開口和喇叭時，電壓最大值等參數(shù)有一些微小的變化，其中喇叭天線 的變化又要比開口的變化略大，這是因為喇叭天線回收的信號要比開口多的緣故， 但是變化最大的是終端接短路負載的時候，這主要是因為短路負載將所有的信號反 射了回去，所以電壓最大值變化最大。六、實驗體會經過一學期對電磁場與電