北郵電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)-波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量.doc

1、北郵電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn) - 波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量北京郵電大學(xué)電磁場(chǎng)與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量學(xué)院：電子工程學(xué)院班級(jí)：2011211207組員：鄒夫、馬睿、李貝貝執(zhí)筆：鄒夫目錄1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 .11.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.11.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 .11.3實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖 .21.3實(shí)驗(yàn)步驟 .22.實(shí)驗(yàn)原理 .42.1兩點(diǎn)法 .42.2間接法 .53 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析 .63.1測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng) .63.1.1兩點(diǎn)法 .63.1.2直接法 .63.2晶體檢波特性 .73.2.1晶體校準(zhǔn)曲線圖 . .73.2.2晶體檢波率公式計(jì)算 . .103.3誤差分析 .104.思考題 .105.實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì) .121. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.1

2、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^博導(dǎo)波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)出波導(dǎo)波長(zhǎng)。1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.DH1121C型微波信號(hào)源2.DH364A00型 3cm測(cè)量線1 / 71.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖1.3 實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)1. 觀察衰減器、 空腔波長(zhǎng)計(jì)、主播測(cè)量線的結(jié)構(gòu)形式、讀數(shù)方法；2. 按照系統(tǒng)框圖檢查系統(tǒng)的連接裝置以及連接電纜和電纜頭；3. 開啟信號(hào)源， 預(yù)熱儀器，并按照操作規(guī)則調(diào)整信號(hào)工作頻率以及幅度，并調(diào)整調(diào)制頻率；4. 利用兩點(diǎn)發(fā)進(jìn)行測(cè)量， 將波導(dǎo)測(cè)量線終端短路，調(diào)測(cè)放大器的衰減量和可變衰減器使當(dāng)探針位于波腹時(shí)， 放大器只是電表接近滿格， 用兩點(diǎn)法測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)；5. 將駐波測(cè)量線探針插入適當(dāng)深度， 將探針移到兩個(gè)波節(jié)點(diǎn)

3、的重點(diǎn)位置，然后調(diào)節(jié)其調(diào)諧賄賂，使測(cè)量放大器指示最大；2 / 76. 利用間接法來測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng) g。首先用波長(zhǎng)計(jì)測(cè)量信號(hào)波長(zhǎng) 0，測(cè)三次去平均值。再計(jì)算 g。測(cè)量完成后要將波長(zhǎng)計(jì)從諧振點(diǎn)調(diào)開，以免信號(hào)衰減影響后面的測(cè)量；校準(zhǔn)晶體二極管檢波器的檢波特性7. 將探針沿線測(cè)量線移動(dòng)， 按測(cè)量放大器指示改變最大值刻度的 10%，記錄一次探針位置，給出 U 沿線的分布圖形；8. 設(shè)計(jì)表格，用駐波測(cè)量線校準(zhǔn)晶體的檢波特性；9. 做出晶體檢波器校準(zhǔn)曲線圖；10. 再移動(dòng)探針到駐波的波腹點(diǎn)，記錄數(shù)據(jù)，分別找到波腹點(diǎn)兩相鄰邊指示電表讀數(shù)為波腹點(diǎn) 50%對(duì)應(yīng)的值，記錄此刻探針的位置d1，d2，根據(jù)公式求得晶體檢波

4、率n，和 8所得的數(shù)值進(jìn)行比較。3 / 72. 實(shí)驗(yàn)原理2.1 兩點(diǎn)法按照系統(tǒng)框圖連接測(cè)量系統(tǒng)。 可變電抗采用短路片，短路片的反射系數(shù)接近 1。在測(cè)量線中，入射波與反射波的疊加為接近純駐波的圖形， 只要測(cè)得駐波相鄰節(jié)點(diǎn)的位置 L1、L2，由，即可求得波導(dǎo)波長(zhǎng)。波節(jié)點(diǎn)的位置取和的平均值：由上圖可知，波導(dǎo)波長(zhǎng)：4 / 72.2 間接法理論上，自由波長(zhǎng)和頻率的換算方法：c 為自由空間傳播速度，約厘米每秒；矩形波導(dǎo)中的 波，自由波長(zhǎng) 和波導(dǎo)波長(zhǎng)滿足公式：a 為矩形波導(dǎo)寬邊尺寸，對(duì)三厘米波導(dǎo)毫米。上個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)用波長(zhǎng)表測(cè)出信號(hào)波長(zhǎng)，計(jì)算。5 / 73 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析3.1 測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)3.1.1 兩點(diǎn)法1

5、39.722129.678112.584102.576mmmmmmmm=107.58=134.700 mmmm由 公 式可以計(jì)算出mm3.1.2 直接法第一次第二次第三次平均值(GHz)8.6788.6788.677/(mm)34.57034.57034.574/(mm)52.82552.82552.84052.8306 / 7由上表可知，3.2 晶體檢波特性3.2.1 晶體校準(zhǔn)曲線圖所測(cè)量的波導(dǎo)波長(zhǎng)： 54.24mm波節(jié)點(diǎn)的位置： 134.7mm00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0E/Emaxdd00.8611.7332.6333.5454.525.5456.696

6、7.9769.68613.56d+d134.135.56136.43137.33138.24139.2140.24141.39142.67144.38148.2713352566660U002.99.116.227.036.050.165.183.2100U/Umax000.0290.0910.1620.270.3600.5100.6510.83210logE/-1-0.69-0.52-0.39-0.3-0.22-0.15-0.09-0.04093802576logU/-1.53-1.04-0.79-0.5-0.44-0.30-0.18-0.0808117406根據(jù) U 和 d 的大小，畫出

7、U,d 的關(guān)系曲線，如下7 / 7圖所示：其中，藍(lán)色的 x 代表原始數(shù)據(jù)， 紅色的曲線為。可以看出， U 與 d 大致成三角函數(shù)的關(guān)系。將和的值輸入到 Matlab 里，通過線性回歸函數(shù) polyfit 計(jì)算出一元線性回歸函數(shù)的系數(shù)，即直線部分的斜率；部分代碼如下：E = 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1;U=0.029 0.091 0.162 0.27 0.36 0.501 0.6510.832 1;8 / 7E_log=log10(E);U_log=log10(U);c=polyfit(E_log, U_log,1);x=-0.8:0.1:0;y=c(1)

8、*x+c(2);plot(E_log, U_log,x);hold on;plot(x,y,r);圖如下所示：檢波晶體的校準(zhǔn)曲線其中斜率 c(1)=2.1426 ；所以得到晶體檢波率n=2.1426 ；9 / 73.2.2 晶體檢波率公式計(jì)算d1(mm)d2(mm)W(mm)141.410127.96213.448根據(jù)公式可以算得到 n=2.038 。3.3 誤差分析通過兩點(diǎn)法和間接法算得的波導(dǎo)波長(zhǎng)相差不大，約為 2.66%，處于合理誤差范圍內(nèi)通過曲線法和計(jì)算法測(cè)得的 n 相差不大，約為 4.88%，處于合理誤差范圍內(nèi)；主要誤差因素可能有：1. 讀數(shù)誤差； 2. 微波信號(hào)源信號(hào)不穩(wěn)定， 頻率在

9、測(cè)量前后有改變。4. 思考題1. 在波導(dǎo)系統(tǒng)終端短路的情況下， 插入具有導(dǎo)納的探針后，波導(dǎo)中真正駐波圖形如何改變？答：由于導(dǎo)納的分流作用， 駐波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度都要比真實(shí)值小， 使位置波節(jié)點(diǎn)和波腹點(diǎn)發(fā)生偏移。探針呈容性電納將使駐波腹點(diǎn)向負(fù)10/7載方向偏移。如圖所示：2. 用波長(zhǎng)表測(cè)量自由空間信號(hào)震蕩頻率后， 為什么還要失諧頻率計(jì)？答：電磁波通過耦合孔從波導(dǎo)進(jìn)入頻率計(jì)的空腔中，當(dāng)頻率計(jì)的腔體失諧時(shí)， 腔里的電磁場(chǎng)極為微弱，此時(shí)，它基本上不影響波導(dǎo)中波的傳輸。當(dāng)電磁波的頻率滿足空腔的諧振條件時(shí)， 發(fā)生諧振，反映到波導(dǎo)中的阻抗發(fā)生劇烈變化， 相應(yīng)地，通過波導(dǎo)中的電磁波信號(hào)強(qiáng)度將減弱， 輸出幅度

10、將出現(xiàn)明顯的跌落， 從刻度套筒可讀出輸入微波諧振時(shí)的刻度，通過查表可得知輸入微波諧振頻率。如果不使用失諧頻率計(jì)， 波導(dǎo)中傳播的電磁波會(huì)十分微弱。3. 平方律檢波特性只有小信號(hào)才適用， 在測(cè)試過程中，需要采取哪些措施實(shí)現(xiàn)小信號(hào)？答：使用衰減器：衰減器是把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波導(dǎo)的寬邊， 縱向插入波導(dǎo)管，用以部分衰減傳輸功率， 沿著寬邊移動(dòng)11/7吸收片可改變衰減量的大小。 衰減器起調(diào)節(jié)系統(tǒng)中微波功率的作用。4. 為什么要測(cè)晶體檢波率？指示電表讀數(shù)和微波場(chǎng)強(qiáng) E之間成什么關(guān)系？答：當(dāng)微波功率變化較大時(shí) a 和 k 就不是常數(shù) , 且和外界條件有關(guān) , 所以在精密測(cè)量中必須對(duì)晶體檢波器進(jìn)行定標(biāo)。 電表讀數(shù)和場(chǎng)強(qiáng)的成指數(shù)比例關(guān)系。5. 實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì)電磁場(chǎng)與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)是由三個(gè)人組隊(duì)的實(shí)驗(yàn)，通過本次試驗(yàn)， 我們知道了同學(xué)之間互相合作的重要性。我們組三個(gè)成員通過分工合作完成任務(wù)，實(shí)