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微波基本参量测量摘要 微波技术是一门独特的现代科学技术,在通过对微波测试系统的基本组成和工作原理的观察和研究后，了解了微波在波导中的传播特点，掌握频率、功率以及驻波比等基本量的测量，同时掌握微波的基本知识；学习用微波作为观测手段来研究物理现象关键词 微波 频率 驻波比 功率引言 微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用，在科学研究中也是一种重要的观测手段，微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同微波的波长决定了它的性质既不同与无线电波，也不同与光波实验原理一、电磁波的基本关系描写电磁场的基本方程是：， ， ⑴和 ， ， ⑵方程组⑴称为麦克斯韦方程组，方程组⑵描述了介质的性质对场的影响对于空气和导体的界面，由上述关系可以得到边界条件(左侧均为空气中场量) ，， ⑶ ，方程组⑶表明，在导体附近电场必须垂直于导体表面，而磁场则应平行于导体表面。

二、矩形波导中波的传播根据电磁场的普遍规律——Maxwell方程组或由它导出的波动方程以及具体波导的边界条件，可以严格求解出只有两大类波能够在矩形波导中传播：①横电波又称为磁波，简写为TE波或H波，磁场可以有纵向和横向的分量，但电场只有横向分量②横磁波又称为电波，简写为TM波或E波，电场可以有纵向和横向的分量，但磁场只有横向分量在实际应用中，一般让波导中存在一种波型，而且只传输一种波型，我们实验用的TE10波就是矩形波导中常用的一种波型 1．TE10型波 在一个均匀、无限长和无耗的矩形波导中，从电磁场基本方程组⑴和⑵出发，可以解得沿z方向传播的TE10型波的各个场分量为， ⑷其中，位相常数β=2π/λg；λg为波导波长，其中λ=c/f TE10波具有如下特点：①存在一个临界波长＝2α，只有波长λ<λC的电磁波才能在波导管中传播②波导波长λg >自由空间波长λ③电场只存在横向分量，电力线从一个导体壁出发，终止在另一个导体壁上，并且始终平行于波导的窄边④磁场既有横向分量，也有纵向分量，磁力线环绕电力线⑤电磁场在波导的纵方向(z)上形成行波。

在z方向上，和的分布规律相同，也就是说最大处也最大，为零处也为零，场的这种结构是行波的特点 微波技术中，还经常使用驻波比来描述传输线阻抗匹配的情况波导中驻波比被定义为：波导中驻波电场最大值和电场最小值之比，即　　　　　　　　实验仪器衰减器、匹配负载、隔离器、环行器、选频放大器、驻波测量线实验内容1.微波的传输特性 在微波波段中，为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响，一般采用波导作为微波传输线微波在波导中传输具有横电波（TE波）、横磁波（TM波）和横电波与横磁波的混合波三种形式微波实验中使用的标准矩形波导管，通常采用的传输波型是TE10波波导中存在入射波和反射波，描述波导管中匹配和反射程度的物理量是驻波比或反射系数依据终端负载的不同，波导管具有三种工作状态：　　(1) 当终端接"匹配负载"时，反射波不存在，波导中呈行波状态；　　(2) 当终端接"短路片"、开路或接纯电抗性负载时，终端全反射，波导中呈纯驻波状态；　　(3) 一般情况下，终端是部分反射，波导中传输的既不是行波，也不是纯驻波，而是呈混波状态2．微波频率的测量微波的频率是表征微波信号的一个重要物理量，频率的测量通常采用数字式频率计或吸收式频率计进行测量。

下面主要介绍较常用的吸收式频率计的工作原理：当调节频率计，使其自身空腔的固有频率与微波信号频率相同时，则产生谐振，此时，通过连接在微波通路上的微安表或功率计可观察到信号幅度明显减小的现象（注意，应以减幅最大的位置作为判断频率测量值的依据）调整L，找到谐振频率，记下此时L，查波长校正表，可知频率f（由l＝c/f,可求波长）3．微波功率的测量微波功率是表征微波信号强弱的一个物理量，通常采用替代或比较的方法进行测量也就是将微波功率借助于能量转换器，转换成易于测量的低频或直流物理量，来实现微波功率的测量实验室中通常采用吸收式微瓦功率计(如GX2A)：传输线路终端接入探头和功率计，并选择合适的量程，功率计调零后把波导开关旋至检波器上，读出功率读数4. 波导波长和驻波比的测量（1）驻波比的测量关于驻波比，定义为波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场之比a)     大驻波比(r > 6)的测量．在大驻波比情况下，检波电流Imax与Imin相差太大，在波节点上检波电流极微，在波腹点上二极管检波特性远离平方律，故不能用（8.1.2）式计算驻波比r，可采用“二倍极小功率法”．利用驻波测量线测量极小点两旁功率为其二倍的点坐标，进而求出d，则 (r >>1) b)     中驻波比(1.5 £ r £ 6)的测量．中驻波比的情况可直接计算， ． c)    小驻波比(1.005 £ r £ 1.5)的测量．在小驻波比情况下，驻波极大值点与极小值点的检波电流相差细微，因此采用测量多个相邻波腹与波节点的检波电流值，进而取平均的方法． 其中Emax和Emin分别表示波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场强度。

    使用驻波测量线进行测量时，要考虑探针在开槽波导管内有适当的穿伸度，探针穿伸度一般取波导窄边宽度的5%~10%实验前应注意驻波测量线的调谐，使其既有最佳灵敏度，又使探针对微波通路的影响降至最低一般是将测量线终端短接，形成纯驻波场移动探针置于波节点，调节测量线，使得波节点位置的检波电流最大，反复进行多次2） 波导波长的测量波导波长在数值上为相邻两个驻波极值点（波腹或波节）距离的两倍：由于场强在极大值点附近变化缓慢，峰顶位置不易确定，实际采用测定驻波极小点的位置来求出波导波长考虑到驻波极小点附近变化平缓，因而测量值不够准确为此，测量时通常不采取直接测量驻波极小点位置的方式，而是通过平均值法间接测量亦即测极小点附近两点（此两点在指示器上的输出幅度相等）的坐标，然后取这两点坐标的平均值，即得极小点坐标波导波长需在驻波测量线上测量，一般为两个波节间的距离 数据处理微波波长测量为 9.085mm ， 微波功率测量为 3.16mw微波频率测量为 8.876GHZ大驻波比的测量：游标+千分表mmx192.6+110.0×0.01x292.6+185.0×0.01d=x1 -x275.0×0.01xa1103.0+42.9×0.01xa2103.0+596.2×0.01xa=（xa1 +xa2 ）/2103.0+319.6×0.01xb1129.0+27.4×0.01xb2129.0+534.9×0.01xb=（xa1 +xa2 ）/2129.0+218.2×0.01xa -xb25.0+96.6×0.01=51.932mm=22.052中驻波比的测量：Imax=46.5 Imin=16.8=1.664实验总结当全发射时，驻波比理论值为1；当全吸收时，驻波比理论值为无穷大，实验测得中驻波比为1.664，大驻波比为22.052。

数据在中驻波比(1.5 £ r £ 6)的范围内和大驻波比(r > 6)的范围内，满足实验误差要求，实验结果令人满意但小驻波比在实验中未能测得，比较遗憾参考资料[1]林根金等．近代物理实验讲义[M]．浙江师范大学数理信息学院近代物理实验室，2009。