實(shí)驗(yàn)三微波波導(dǎo)波長與頻率的測量

1、實(shí)驗(yàn)三 微波波導(dǎo)波長與頻率的測量實(shí)驗(yàn)三微波波導(dǎo)波長與頻率的測量、分析和計(jì)算一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 熟悉微波測量線的使用；(2) 學(xué)會測量微波波導(dǎo)波長和信號源頻率；(3) 分析和計(jì)算波導(dǎo)波長及微波頻率。二、實(shí)驗(yàn)原理測量線的基本測量原理是基于無耗均勻傳輸線理論，當(dāng)終端負(fù)載與測 量線匹配時測量線內(nèi)是行波；當(dāng)終端負(fù)載為短路或開路時，傳輸線上為純 駐波，能量全部反射。根據(jù)駐波分布的特性，在波導(dǎo)系統(tǒng)終端短路時，傳 輸系統(tǒng)中會形成純駐波分布狀態(tài)，在這種情況下，兩個駐波波節(jié)點(diǎn)之間的 距離即為波導(dǎo)波長的1/2 ,所以只要測量出兩個駐波波節(jié)點(diǎn)之間的距離, 就可以得到信號源工作頻率所對應(yīng)的波導(dǎo)波長。方法一：通過測量線上

2、的駐波比，然后換算出反射系數(shù)模值，再利用 駐波最小點(diǎn)位置dmin便可得到反射系數(shù)的幅角以及微波信號特性、網(wǎng)絡(luò) 特性等。根據(jù)這一原理，在測得一組駐波最小點(diǎn)位置dl, d2, d3, d4 后，由于相鄰波節(jié)點(diǎn)的距離是波導(dǎo)波長的1/2,這樣便可通過下式算出波 導(dǎo)波長。?g?2?(3-1)l?d4?dmin0d3?dmin0d2?dmin0?dl?dmin0?方法二：交叉讀數(shù)法測量波導(dǎo)波長，如圖3-1所示。圖3-1交叉讀數(shù)法測量波節(jié)點(diǎn)位置為了使測量波導(dǎo)波長的精度較高(接近實(shí)際的波導(dǎo)波長)，采用交叉讀數(shù)法測量波導(dǎo)波長。在測試系統(tǒng)調(diào)整良好狀態(tài)下，通過測定一個駐波波節(jié) 點(diǎn)兩側(cè)相等的電流指示值10(可選取最大

3、值的20%)所對應(yīng)的兩個位置dl、d2,則取dl> d2之和的平均值，得到對應(yīng)駐波波節(jié)點(diǎn)的位置dminl o用同樣的方法測定另一個相鄰波節(jié)點(diǎn)的位置dmin2,如圖3-1所示，則dminl、dmin2與系統(tǒng)中波導(dǎo)波長之間的關(guān)系為:dminl?ll(dl?d2);dmin2?(d3?d4)(3-2) 22?g?2dmin2?dminl(3-3)在波導(dǎo)中，還可利用下面公式計(jì)算波導(dǎo)波長：?g?0(3-4) ?02a式中，入0為真空中自由空間的波長。本實(shí)驗(yàn)中波導(dǎo)型號為bj-100,其寬邊為a =22.86 mm，代入上式計(jì)算出波導(dǎo)波長。信號源工作頻率f (對應(yīng)工作波長入)可由下式求得：(其中：?g

4、?c?2 g2c)f?3?108 ?(35)信號源工作頻率亦可用吸收式頻率計(jì)測量。實(shí)驗(yàn)屮采用的吸收式頻率計(jì)連在信號源與檢波器之間。當(dāng)吸收式頻率計(jì)失諧時，微波能量幾乎全部 通過頻率計(jì)，此時選頻放人器指示最大。使用時，緩慢旋轉(zhuǎn)頻率計(jì)套筒, 即調(diào)節(jié)吸收式頻率計(jì)，當(dāng)調(diào)節(jié)頻率計(jì)至諧振狀態(tài)時，選頻放大器指示表上 觀察到信號大小發(fā)生明顯的變化，并達(dá)到最小處，此時一部分能量被頻率 計(jì)吸收，并可以確定此時讀得吸收式頻率計(jì)上指示的頻率即為信號源工作 頻率。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1. 按圖1-1所示連接微波測量系統(tǒng)，打開信號源、選頻放大器的電 源，將信號源設(shè)置在方波調(diào)制工作方式，將衰減器調(diào)整到合適位置，使選 頻放大器輸

5、出指示不超過滿量程，即使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。2. 測量線終端接短路板，從負(fù)載端開始旋轉(zhuǎn)旋鈕，移動測量線上探頭 座，使選頻放大器指示最小，此時即為測量線等效短路面，記錄此時的探 針初始位置，記作dmino,并記錄數(shù)據(jù)；3. 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)移動探頭座位置，選擇合適的駐波波節(jié)點(diǎn)，一般選在測量 線的有效行程的中間位置，并選擇一個合適的檢波指示值(10),如圖3-1中 所示，然后按交叉讀數(shù)法測量波導(dǎo)波長。測量三組數(shù)據(jù)，取算術(shù)平均值作 為波導(dǎo)波長的測量值，記入表3-1；4. 將數(shù)據(jù)代入式(3-1).式(32)計(jì)算出波導(dǎo)波長。5. 用頻率計(jì)測量信號源工作頻率：緩慢旋轉(zhuǎn)頻率計(jì)套筒，即調(diào)節(jié)吸收 式頻率計(jì)，當(dāng)調(diào)節(jié)頻率計(jì)

6、至諧振狀態(tài)時，選頻放大器指示表上觀察到信號 大小發(fā)生明顯的變化，并達(dá)到最小處，此時一部分能量被頻率計(jì)吸收，并 可以確定此時讀得吸收式頻率計(jì)上指示的頻率即為信號源工作頻率。讀取 頻率值時，在頻率計(jì)上兩條水平紅線之間讀取豎向紅線處的頻率刻度值。反復(fù)測3次，取其平均值，記入表3-2 o6. 將頻率計(jì)測量結(jié)果、波導(dǎo)波長測量結(jié)果及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。注意事項(xiàng)：(1) 頻率計(jì)是用來測量頻率的儀器，而不是用來調(diào)整頻率的微波元器 件。測完頻率后應(yīng)將頻率計(jì)調(diào)至失諧。(2) 波導(dǎo)波長的測量方法屮耍注意指示值不耍太大，盡量不耍在測量線 的兩端，而是放在測量線的中端進(jìn)行測量，讀數(shù)要仔細(xì)。(3) 測量波長時，測量線探針座

7、位置應(yīng)該向一個方向移動，以免引入機(jī) 械回差。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理探針初始位置dmino=79.72mm表31 (a)方法一的測量波導(dǎo)波長數(shù)據(jù)記錄表(單位：mm)表3<l (b)方法二的測量波導(dǎo)波長數(shù)據(jù)記錄表(單位：mm)注：上 表中dminl和dmin2為實(shí)際測量值。計(jì)算得：方法一：2d3?dmin0d2?dmin0?dl?dmin0?45.44mm332 2d3?dmin0d2?dmin0?dl?dmin0?44.94mm 第 2 次測量：?g?332 2d3?dminod2?dmino?dl?dmin0?45.81mm 第 3 次測量：?g?332第1次測量:?g?g?45.39m

8、m?c?2a?45.72mm?g?c?3?1082g2c?32.21mmf?方法二：?9.313ghz dminl?第1次測量:dmin21(dl?d2)?102.43mm2?g?2dmin2?dminl?44.16mml ?(d3?d4)?124.51mm2 dminl?第2次測量：dmin21(dl?d2)?102.59mm2?g?2dmin2?dminl?43.76mml?(d3?d4)?124.47mm2 l(dl?d2)?102.50mm2?g?2dmin2?dminl?44mml ?(d3?d4)?124.50mm2dminl?第3次測量:dmin2?g?43.97mm?c?2a?

9、45.72mm?g?c 3?1082g2c?31.69mmf?表32頻率測量數(shù)據(jù)記錄表計(jì)算得：?9.466ghz3?108第1次測量:?0.032mf3?108第2次測量：?0.032mf3?108第3次測量:?0.032mf?32mmf? fl?f2?f3?9.367ghz3經(jīng)比較分析可知：方法一測量計(jì)算得波導(dǎo)波長為?g?45.39mm,工作波長為?32.21mm,工作頻率為f?9.313方法二測量計(jì)算得波導(dǎo)波長為?g?43.97mm, ghz；工作波長為?31.69mm,工作頻率為f?9.466ghz；而頻率計(jì)測量的工作頻率為f?9.367ghz，計(jì)算得工作波長為?32mm。計(jì)算值和測量值近似 相等。 五、思考及體會：測量線為什么在波導(dǎo)中心線開槽？微波測量線是測量波導(dǎo)中微波電場分布的精密儀器，它的結(jié)構(gòu)是一段 在寬邊中心線上開槽的波導(dǎo)管和可沿槽線滑動的探針，它在微波測量中用 途很廣，可測駐波，阻抗，相位，波長等，測量線通常由一段開槽的傳輸 線，探頭，傳動裝置三部分組成，由于耦合探針伸入傳輸線而引入不均勻 性，其作用相當(dāng)于在線上并聯(lián)一個導(dǎo)納，從而影響到系統(tǒng)的工作狀態(tài)。矩 形波導(dǎo)中的主模為te10模&#