近代物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：課程名稱(chēng)：學(xué)號(hào)：姓名：201年月日\(chéng)匯報(bào)正文課程名稱(chēng)：近代物理試驗(yàn)試驗(yàn)日期：201年月日編號(hào)NO：開(kāi)始時(shí)間：時(shí)分；結(jié)束時(shí)間：時(shí)分；試驗(yàn)題目：微波測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試與頻率測(cè)量影影響滑動(dòng)摩擦力大小原因響滑動(dòng)摩擦同組者：內(nèi)容：試驗(yàn)題目：微波測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試與頻率測(cè)量作者及工作單位：內(nèi)容提要：微波測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試方法探索與頻率測(cè)量關(guān)鍵詞：微波頻率測(cè)量調(diào)試試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：1．了解微波測(cè)量系統(tǒng)基本組成，學(xué)會(huì)通常調(diào)試方法。2．了解反射速調(diào)管微波信號(hào)源原理及特征，掌握調(diào)整參數(shù)使微波源實(shí)現(xiàn)最好工作狀態(tài)方法。3．了解微波諧振腔基本特征，掌握測(cè)量諧振腔諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)基本方法。4．學(xué)會(huì)用諧振腔波長(zhǎng)表測(cè)量微波頻率。試驗(yàn)原理：一．微波測(cè)量系統(tǒng)微波測(cè)量系統(tǒng)通常由等效電源、測(cè)量裝置、指示儀器三部分組成。微波等效電源部分即微波發(fā)送器，包含微波信號(hào)源、工作狀態(tài)（頻率、功率等）監(jiān)視單元、隔離器等。測(cè)量裝置部分也稱(chēng)測(cè)量電路，包含測(cè)量線、調(diào)配元件、待測(cè)元件、輔助器件（如短路器、匹配負(fù)載等）以及電磁能量檢測(cè)器（如晶體檢波架、功率插頭等）。測(cè)量指示儀器是顯示測(cè)量信號(hào)特征儀表，如直流電流表、測(cè)量放大器、選頻放大器、功率計(jì)、示波器、數(shù)字頻率計(jì)等。圖2反射式速調(diào)管結(jié)構(gòu)原理二．圖2反射式速調(diào)管結(jié)構(gòu)原理微波信號(hào)源有許多類(lèi)型，本試驗(yàn)中使用是反射式速調(diào)管信號(hào)源1．反射速調(diào)管工作原理反射式速調(diào)管有陰極、陽(yáng)極（諧振腔）、反射極三個(gè)電極，結(jié)構(gòu)原理如圖2所表示。陰極發(fā)射電子；陽(yáng)極利用耦合環(huán)和同軸線輸出微波功率；反射極用以反射電子。由陰極發(fā)出電子束，受直流電場(chǎng)加速后，進(jìn)入諧振腔。電子以不一樣速度從諧振腔飛出來(lái)而進(jìn)入反射極空間。在諧振腔和反射極間直流排斥電場(chǎng)，使電子未飛到反射極就停下來(lái)，反射回諧振腔。2．反射式速調(diào)管工作特征和工作狀態(tài)在一定條件下，反射式速調(diào)管功率和頻率特征曲線如圖3所表示。（1）反射式速調(diào)管只有在一些特定反射極電壓值才能振蕩。有振蕩輸出功率區(qū)域叫做速調(diào)管振蕩模，用n表示震蕩模序號(hào)。（2）對(duì)于振蕩模，當(dāng)反射極電壓VR改變時(shí)，速調(diào)管輸出功率P和振蕩頻率f都隨之改變。（3）輸出功率最大振蕩模叫最好振蕩模（圖3中n＝3振蕩模）。（4）各個(gè)振蕩模中心頻率f0相同通常稱(chēng)為速調(diào)管工作頻率。通常調(diào)整速調(diào)管振蕩頻率有電子調(diào)諧和機(jī)械調(diào)諧兩種方法?？衫梅瓷錁O電壓改變無(wú)慣性進(jìn)行頻率調(diào)整，這種方法稱(chēng)為“電子調(diào)諧”。假如要在比較大范圍內(nèi)改變速調(diào)管振蕩頻率，采取“機(jī)械調(diào)諧”方法，改變腔體固有諧振頻率。反射式速調(diào)管工作狀態(tài)通常有三種：連續(xù)振蕩狀態(tài)、方波調(diào)幅狀態(tài)、鋸齒波調(diào)頻狀態(tài)。（1）連續(xù)振蕩工作狀態(tài)在反射極上不加任何調(diào)制電壓使反射式速調(diào)管處于最好工作狀態(tài)。（2）方波（或矩形脈沖）調(diào)幅工作狀態(tài)。使速調(diào)管處于連續(xù)振蕩最好位置，從連續(xù)狀態(tài)變到調(diào)幅狀態(tài)時(shí)，調(diào)整方波幅度使輸出功率為連續(xù)狀態(tài)二分之一，此時(shí)幅度適宜。（3）鋸齒波調(diào)頻工作狀態(tài)速調(diào)管反射極電壓直流工作點(diǎn)選擇在某一振蕩模功率最大點(diǎn)，當(dāng)鋸齒波幅度比振蕩模寬度小得多時(shí)，能夠得到近似直線性調(diào)頻信號(hào)輸出，而附加調(diào)幅很小。圖3三．諧振腔基本參數(shù)1．諧振頻率描述電磁能量在諧振腔中運(yùn)動(dòng)規(guī)律物理量，指在諧振腔中激起電磁振蕩工作頻率。2．品質(zhì)因數(shù)描述諧振系統(tǒng)頻率選擇性?xún)?yōu)劣及電磁能量損耗程度一個(gè)物理量。包含諧振腔品質(zhì)因數(shù)、有載品質(zhì)因數(shù)、外界品質(zhì)因數(shù)。3．耦合系數(shù)諧振腔與外界耦合強(qiáng)弱，引入概念，定義為外界電路中耗能與諧振腔中耗能之比。

四．諧振腔Q值測(cè)量測(cè)量微波諧振腔Q值慣用方法有功率傳輸法、功率反射法、示波器法等。五．微波頻率測(cè)量諧振腔波長(zhǎng)表可用兩種不一樣方法與微波系統(tǒng)連接：傳輸型方法和吸收型方法。吸收式波長(zhǎng)表諧振腔只有一個(gè)輸入端與能量傳輸線相接，調(diào)諧是從能量傳輸線路接收端指示器讀數(shù)降低而看出，如圖7（b）所表示。圖7諧振腔波長(zhǎng)表與測(cè)量系統(tǒng)連接及對(duì)應(yīng)諧振曲線試驗(yàn)器材：反射速調(diào)管微波信號(hào)源、隔離器、諧振腔波長(zhǎng)表、可變衰減器、波導(dǎo)測(cè)量線、環(huán)形器、諧振腔、單螺釘調(diào)配器、匹配負(fù)載、短路片、晶體檢波器、檢波指示器，雙蹤示波器、選頻放大器、數(shù)字萬(wàn)用表等。試驗(yàn)內(nèi)容：1．微波測(cè)量系統(tǒng)認(rèn)識(shí)熟悉微波測(cè)量系統(tǒng)基本組成和各種微波元件，了解其作用、主要性能及使用方法。2．微波測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)所用微波測(cè)量系統(tǒng)基本組成如圖8所表示。（1）測(cè)量系統(tǒng)基本匹配狀態(tài)調(diào)整開(kāi)啟速調(diào)管電源預(yù)熱3分鐘。調(diào)整反射極電壓，使速調(diào)管進(jìn)入振蕩工作模區(qū)。調(diào)整系統(tǒng)始端、終端短路活塞，使檢波指示器指示為最大。這時(shí)，微波測(cè)量系統(tǒng)大致處于匹配狀態(tài)。微波信號(hào)源波長(zhǎng)表可變衰減器晶體檢波器微波信號(hào)源波長(zhǎng)表可變衰減器晶體檢波器隔離器檢波指示器或示波器（2）反射速調(diào)管連續(xù)振蕩工作狀態(tài)觀察在連續(xù)振蕩（等幅）工作狀態(tài)下，測(cè)量諧振腔電壓即陽(yáng)極Vo，從0～250V逐步增加反射極電壓VR，確定反射速調(diào)管工作模區(qū)，參考圖3。測(cè)出輸出功率最大值Pmax、功率為零和最大值時(shí)對(duì)應(yīng)反射極電壓VR，畫(huà)出輸出功率與反射極電壓關(guān)系曲線。測(cè)量輸出功率最大工作模區(qū)中心振蕩頻率f0。調(diào)整反射極電壓，當(dāng)信號(hào)源輸出功率最大時(shí)，測(cè)量吸收式諧振腔波長(zhǎng)表諧振曲線，確定中心振蕩頻率。微調(diào)反射極電壓改變量為±5V，重新測(cè)量振蕩頻率f，觀察反射極電壓，求?P/?|Vr|和?f/?|Vr|。（3）反射速調(diào)管鋸齒波調(diào)頻工作狀態(tài)觀察在“鋸齒波”調(diào)制工作方式下，連續(xù)遲緩地改變反射極電壓，仔細(xì)調(diào)整晶體檢波器短路活塞和調(diào)配螺釘，使示波器上工作模區(qū)圖形對(duì)稱(chēng)，輸出最大。測(cè)出功率最大工作模區(qū)中心振蕩頻率，觀察并統(tǒng)計(jì)示波屏上圖形。調(diào)整“調(diào)制幅度”增大鋸齒波電壓，觀察工作模區(qū)圖形改變情況。測(cè)量中心振蕩頻率時(shí)可調(diào)整吸收式波長(zhǎng)表，直至工作模區(qū)波形圖頂部出現(xiàn)一下降峰。這時(shí)，波長(zhǎng)表上讀數(shù)刻度對(duì)應(yīng)頻率即為工作模區(qū)波形中心頻率f0。調(diào)整反射極電壓用波長(zhǎng)表測(cè)量半功率點(diǎn)頻率f1和f2以及對(duì)應(yīng)反射極電壓VR1和VR2，則反射式速調(diào)管電子協(xié)調(diào)寬度為：則反射速調(diào)管電子調(diào)諧靈敏度為（14）（4）反射速調(diào)管方波調(diào)幅工作狀態(tài)觀察首先，在最好連續(xù)振蕩工作條件下，遲緩調(diào)整反射極電壓使輸出功率逐步下降為0；其次，

在“方波”調(diào)制工作方式下，調(diào)整“調(diào)制幅度”逐步增大方波電壓，直到輸出功率最大。在整個(gè)調(diào)整過(guò)程中，觀察示波屏上圖形，測(cè)量振蕩頻率，統(tǒng)計(jì)波形改變情況，并加以解釋。數(shù)據(jù)處理：1.反射式速調(diào)管連續(xù)振蕩工作狀態(tài)觀察。①功率電壓數(shù)據(jù)以下表所表示：表一反射式速調(diào)管連續(xù)振蕩工作狀態(tài)數(shù)據(jù)表VR/V1824284048567688I/μA09.400220036.2VR/R98132146159220236253I/μA00480050.20由上表作U–I曲線有圖9反射式速調(diào)管工作模區(qū)U—I曲線圖分析：如圖所表示，反射式速調(diào)管并非在任意反射級(jí)電壓值下都產(chǎn)生震蕩，只有在一些特定電壓下才能產(chǎn)生震蕩，從圖中能夠看出各振蕩模基本規(guī)律都是相同，輸出功率都實(shí)現(xiàn)增大后減小至零，且最大輸出功率對(duì)應(yīng)一個(gè)特定頻率值f0.試驗(yàn)測(cè)得中心振蕩頻率f0波長(zhǎng)λ0=8.86mm,查表得f0=9210（MHz）。②試驗(yàn)測(cè)得最大功率附近±5V對(duì)應(yīng)檢波電流，列出表二：表二反射極電壓，振蕩頻率和功率數(shù)據(jù)表-VR/V141146151I/uA43.248.542.8λ/mm8.928.868.71f/MHz920292109228由表可知︱P/VR︱=︱(48.5-43.2)/(146-141)︱=1.06︱f/VR︱=︱(9210-9202)/(146-141)︱=1.62.反射式速調(diào)管鋸齒波調(diào)頻工作狀態(tài)觀察。=1\*GB3①調(diào)整儀器得下列圖：上圖凸起波形為鋸齒波模，表示有功率輸出。=2\*GB3②選擇較大一個(gè)模，調(diào)整吸收式波長(zhǎng)表。工作模區(qū)波形圖頂部出現(xiàn)一個(gè)下降峰：由上圖可知，下降峰表示能量被吸收，即產(chǎn)生了諧振。此時(shí)下降峰最大，諧振最大。此時(shí)調(diào)諧尺寸為8.82mm.查表得中心振蕩頻率f0=9210MHz.依照檢波特征求得f1,f2-VR1=148Vλ1=9.01mmf1=9190MHz-VR2=173Vλ2=8.65mmf2=9210MHz則反射式速調(diào)管電子調(diào)諧寬度為:=9190-9210=20MHz電子調(diào)諧靈敏度為:=20÷25=0.8MHz∕v

3.反射式速調(diào)管方波調(diào)幅工作狀態(tài)觀察在方波狀態(tài)下，調(diào)整調(diào)制幅度，至輸出功率最大，此時(shí)示波屏上圖案以下列圖所表示：此時(shí)：λ=8.85mmf=9210MHz上圖不是嚴(yán)格方波，可能原因?yàn)樗〉梅瓷錁O電壓不是最好。思索與討論：反射式速調(diào)管有哪幾個(gè)工作狀態(tài)？應(yīng)分別選取什么儀表作指示器？答：通常有三種：連續(xù)振蕩(等幅)狀態(tài)，方波（或矩形脈沖）調(diào)幅狀態(tài)和鋸齒波（或正弦波）調(diào)幅狀態(tài)。可使用檢波指示器觀察連續(xù)振蕩狀態(tài)，示波器觀察方波和鋸齒波調(diào)幅狀態(tài)。調(diào)整反射式速調(diào)管微波信號(hào)源工作頻率有哪幾個(gè)慣用方法？答：通常調(diào)整速調(diào)管振蕩頻率有電子調(diào)諧和機(jī)械調(diào)諧兩種方法?！半娮诱{(diào)諧”是改變反射極電壓，使電子渡越時(shí)間改變，電子團(tuán)電納改變，速調(diào)管振蕩頻率也隨之改變，一樣也能夠改變陽(yáng)極電壓從而改變速調(diào)管振蕩頻率?！皺C(jī)械調(diào)諧”是經(jīng)過(guò)改變腔大小和形狀，從而改變其腔體固有諧振頻率。一個(gè)經(jīng)典微波測(cè)量系統(tǒng)通常包含哪幾部分？簡(jiǎn)述其主要元件、儀器設(shè)備。答：微波測(cè)量系統(tǒng)通常由等效電源、測(cè)量裝置、指示儀器三部分組成。微波等效電源部分即微波發(fā)送器，包含微波信號(hào)源、工作狀態(tài)（頻率、功率等）監(jiān)視單元、隔離器等。測(cè)量裝置部分也稱(chēng)測(cè)量電路，包含測(cè)量線、調(diào)配元件、待測(cè)元件、輔助器件（如短路器、匹配負(fù)載等）以及電磁能量檢測(cè)器（如晶體檢波架、功率插頭等）。測(cè)量指示儀器是顯示測(cè)量信號(hào)特征儀表，如直流電流表、測(cè)量放大器、選頻放大器、功率計(jì)、示波器、數(shù)字頻率計(jì)等。微波諧振腔波長(zhǎng)表測(cè)量頻率基本原理是什么？答：諧振腔波長(zhǎng)表可用兩種不一樣方法與微波系統(tǒng)連接：傳輸型方法（最大讀數(shù)法）和吸收型法（最小讀數(shù)法）。傳輸式諧振腔有兩個(gè)耦合元件，一個(gè)將能量從微波系統(tǒng)輸入諧振腔，另一個(gè)將能量從諧振腔輸出到指示器，當(dāng)諧振腔調(diào)諧于待測(cè)頻率時(shí)，能量傳輸最大，指示器讀數(shù)也是最大。吸收式波長(zhǎng)表諧振腔只有一個(gè)輸入端與能量傳輸線相接，調(diào)諧是從能量傳輸線路接收端指示器讀數(shù)降低而看出。有時(shí)晶體檢波器在速調(diào)管和檢波二極管都完好情況下，會(huì)出現(xiàn)輸出信號(hào)很小現(xiàn)象，怎樣調(diào)整？答：（1）速調(diào)管并沒(méi)有處于工作模區(qū)，而處于非工作模區(qū)，此時(shí)輸出功率很低，靠近于零，方法是：調(diào)整速調(diào)管電壓，當(dāng)指示器示數(shù)變到到最大時(shí)，即得到了匹配狀態(tài)。（2）為了調(diào)大信號(hào)可適當(dāng)調(diào)整衰減器，而且調(diào)整反射極電壓以及始、終端短路活塞，使輸出增大。試驗(yàn)總結(jié)：經(jīng)過(guò)本試驗(yàn)，了解到微波測(cè)量系統(tǒng)基本組成，并對(duì)各部件使用方法有了了解。學(xué)會(huì)了怎樣調(diào)整“匹配狀態(tài)”，并在試