3cm波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn).doc

1、實(shí)驗(yàn)二、3cm 波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：報(bào)告日期：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 學(xué)習(xí)波導(dǎo)理論，掌握矩形波導(dǎo)TE10 基本設(shè)計(jì)方法及波導(dǎo)內(nèi)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(zhǎng)阻抗不變性。二、實(shí)驗(yàn)原理（略）2.1矩形波導(dǎo)中主模TE10 傳輸模式及其場(chǎng)分布由于矩形波導(dǎo)的四壁都是導(dǎo)體,根據(jù)邊界條件波導(dǎo)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(duì)于 TE 模只要解 Hz 的波動(dòng)方程。即2 H z02H z0kc2 H z0 0式 3x2y2對(duì)于 TE10 模，根據(jù)式2 可得：

2、圖 1矩形波導(dǎo)場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖由圖 1 可見(jiàn) ,場(chǎng)的各個(gè)分量沿寬邊a 只變化一次 ,即有一個(gè)半駐波分布,是沿窄邊 b 均勻分布,這是因?yàn)?m=1 及 n=0 的緣故 ,故 m 表示場(chǎng)分布沿波導(dǎo)寬邊方向的半駐波個(gè)數(shù),n 表示場(chǎng)分布沿波導(dǎo)窄邊方向的半駐波個(gè)數(shù)。對(duì)于3cm 波導(dǎo)，在尺寸為a b22.8610.16mm 2 的矩形波導(dǎo)中，傳輸TE10模，工作頻率 10GHz。主要參數(shù)如下：截止波長(zhǎng)：cTE102a222.86(mm) ；截止頻率： f cTE102a123 108103 6.56109 (Hz)0022.26波導(dǎo)波長(zhǎng)：gTE1003 1023.97 10 2 (m)1( fc f )21 (6

3、.56 10) 20377波阻抗：ZTE10499.3( )1 ( fc f )20.755三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：如圖 2，連接實(shí)驗(yàn)器件，構(gòu)成3cm 波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)。電 源方波發(fā)生器耿氏振蕩器PIN 調(diào)制可變衰減頻率計(jì)器器選頻放大器(SWR)反射板測(cè)量線直波導(dǎo)圖 2波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)連接圖波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)的終端負(fù)載，依次采用開(kāi)口，反射板，喇叭天線，以及匹配負(fù)載四種情況進(jìn)行測(cè)試。自由空間波長(zhǎng)和波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)主要過(guò)程如下：1. 給 Gunn 振蕩器加電，工作頻率在 10GHz，給 PIN 調(diào)制器送 1 KHz、 2Vp-p 的方波。2. 調(diào)節(jié)可調(diào)衰減器到 10dB，調(diào)節(jié) SWR 表使其指示在中間刻度位

4、置。3. 調(diào)節(jié)方波發(fā)生器的頻率，從而使SWR的指示最大。4. 當(dāng)反射板放在波導(dǎo)的開(kāi)口前方， 反射板垂直于波導(dǎo)。 移動(dòng)反射板時(shí)， 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(guò)開(kāi)槽測(cè)量線的探頭檢測(cè)的。移動(dòng)反射板， 尋找兩個(gè)相鄰的最小檢測(cè)值的點(diǎn)，此兩點(diǎn)的距離對(duì)應(yīng)自由空間的半波長(zhǎng)。5.將開(kāi)槽測(cè)量線的出口用短路板蓋住，調(diào)節(jié)開(kāi)槽測(cè)量線并定位出輸出電壓最低的點(diǎn)，從此點(diǎn)開(kāi)始尋找相鄰的另一個(gè)電壓最低的點(diǎn)。6.終端為開(kāi)口情況，以及接喇叭天線情況，測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)情況同步驟4， 5.表 1 波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量值和計(jì)算值的比較終端開(kāi)口短路板喇叭天線位置 1（ mm ）（第一波腹值）000位置 2（ mm ）（第一

5、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(jì)算的 g45.2350.6053.287. 波導(dǎo)測(cè)量線終端為開(kāi)口情況， 通過(guò)選頻放大器 )觀測(cè)輸出電壓最大值 等參數(shù)， 有無(wú)變化，給出解釋。并和終端接喇叭天線，終端接短路負(fù)載的測(cè)量進(jìn)行比較，給出分析。答：終端為開(kāi)口情況時(shí)，輸出電壓地最大值比短路情況時(shí)小很多，移動(dòng)SWR，基本上沒(méi)有變化；接上喇叭天線時(shí)這個(gè)電壓就要變大，主要時(shí)因?yàn)槔仁腔厥盏男盘?hào)變化多，所以電壓最大值變大。8.終端接匹配負(fù)載

6、，通過(guò)選頻放大器(SWR)觀測(cè)駐波比等參數(shù)，有無(wú)變化，給出解釋。答：通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以觀測(cè)出駐波比等參數(shù)有微弱的變化，引起變化的原因應(yīng)該是儀器本身的誤差和我們操作的一些錯(cuò)誤習(xí)慣引起的。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 寫清學(xué)號(hào)、姓名、班級(jí)及實(shí)驗(yàn)名稱。2、 簡(jiǎn)略寫出實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)步驟，給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及必要的計(jì)算，并給出必要的分析。3、 回答出 五、實(shí)驗(yàn)中主要問(wèn)題。4、 寫出實(shí)驗(yàn)體會(huì)。五、實(shí)驗(yàn)中主要問(wèn)題：1、 試定性解釋為什么空心金屬波導(dǎo)中不能傳輸TEM 波。答：從求解導(dǎo)波場(chǎng)的方程可以看出，TEM 波對(duì)應(yīng) KC=0的情況， TEM 導(dǎo)波場(chǎng)滿足二維拉氏方程， 又因?yàn)椋?可以看做二維靜電場(chǎng)問(wèn)題的解，所以 TEM 導(dǎo)波場(chǎng)與

7、靜態(tài)場(chǎng)相似，可以在導(dǎo)體之間傳輸 （如傳輸線等） ，空心金屬波導(dǎo)屬單一導(dǎo)體因而不能傳輸TEM 波。另一方面， 若金屬波導(dǎo)內(nèi)有TEM 波，磁場(chǎng)線為橫截面內(nèi)的閉合線，產(chǎn)生軸向電流 （傳導(dǎo)電流或位移電流）而金屬波導(dǎo)中不可能有傳導(dǎo)電流而位移電流也為0（電場(chǎng)在橫截面內(nèi)），所以產(chǎn)生矛盾，故空心金屬波導(dǎo)不能傳輸TEM 波。2、 解釋波導(dǎo)測(cè)量線開(kāi)槽為什么選擇在寬邊的中央？答：因?yàn)榫匦尾▽?dǎo)中的主模為TE10 模 ,而由TE10 的管壁電流分布可知,在波導(dǎo)寬邊中 線處只有縱向電流.因此沿波導(dǎo)寬邊的中線開(kāi)槽不會(huì)因切斷管壁電流而影響波導(dǎo)內(nèi)的場(chǎng)分布 ,也不會(huì)引起波導(dǎo)內(nèi)電磁波由開(kāi)槽口向外輻射能量。3、 波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)工作的主

8、模是什么？工作頻率是多少？主要幾何尺寸a、b 是多少，波導(dǎo)波長(zhǎng)是多少？波導(dǎo)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(dǎo)波長(zhǎng)是3.97mm ， R=499.3ohm。4、 波導(dǎo)測(cè)量線終端接匹配負(fù)載，通過(guò)選頻放大器觀測(cè)輸出電壓最大值等參數(shù)，有無(wú)變化，給出解釋。答：理論上應(yīng)該是沒(méi)有變化的，但是通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以觀測(cè)出駐波比等參數(shù)有微弱的變化，引起變化的原因應(yīng)該是儀器本身的誤差和我們操作的一些錯(cuò)誤習(xí)慣引起的。5、 波導(dǎo)測(cè)量線終端接短路負(fù)載，通過(guò)選頻放大器觀測(cè)輸出電壓最大值等參數(shù)，有無(wú)變化，并給出波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量值，測(cè)量結(jié)果與理論結(jié)果比較，并給出解釋。答 : 理論上應(yīng)該是沒(méi)有變化的，但是因?yàn)閷?shí)際操作存在系統(tǒng)誤差及隨機(jī)誤差等原因，以至于測(cè)量結(jié)果比理論值略小。6、 波導(dǎo)測(cè)量線終端分別為開(kāi)口情況，喇叭天線，通過(guò)選頻放大器觀測(cè)輸出電壓最大值等參數(shù)，有無(wú)變化，給出解釋。測(cè)量線終端開(kāi)口和終端接喇叭天線，以及終端接短路負(fù)載的測(cè)量進(jìn)行比較，給出分析。答：在終端接開(kāi)口和喇叭時(shí)，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(kāi)口的變化略大，這是因?yàn)槔忍炀€回收的信號(hào)要比開(kāi)口多的緣故，但是變化最大的是終端接短路負(fù)載的時(shí)候，這主要是因?yàn)槎搪坟?fù)載將所有的信號(hào)反射了回去，所以電壓最大值變化最大。六、實(shí)驗(yàn)體會(huì)