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电磁场与微波技术

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电磁场与微波技术
实验一 驻波法测量信源频率
一、实验目的 1.熟悉波导传输线的系统元件。 2.掌握驻波测量方法及测量线的使用。 3.熟悉微波信号发生器及测量放大器的使用方法。 二、实验仪器 1.标准信号发生器:YM1123 或 XB9A 2.选频放大器:YM3892 或 XF―01 3.BD20A 三厘米波导元件 4.TC26 三厘米测量线 三、实验原理
信号源 选频放大器

同轴波导 转换器

衰减器

双 T 匹配器

波导

测量线

图 1-1 实验原理框图

实验原理如上图,当微波传输系统终端短接时,系统将工作在纯驻波状态,波导中(测 量线)电场沿线的分布为 |E|

l 4 lb l3

l 2 l a l1

0

波导中电场沿线的分布示意图 图 1-2 波导中电场沿线的分布示意图

2

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为精确地测定波节 l a 与 l b 的位置,采用差分测量法,即 l1 、l 2 的中值确定 l a ,由 l 3 、l 4 的中值确定 l b ,即

+ 1 = + 2 λ = 2
先求出自由空间信号波长:
a 1 b 3 P a

=

1 2

2 4



b

λ=
之后求出信号频率

1 + (λ p λc )

λp

2

其中 λc 为模式截止波长

f = v λ ,其中 1 v= ≈ ε

1

0ε 0

= 3 × 10 8 m / s

然后由测得的 λ p 值计算出信源的频率:

λ =

λ 1 + (λ

P p

2a )

2

(a 为波导宽边内长 )

f = v 0 / λ ,其中 v 0 = 3 × 10 8 m / s
四、实验步骤 1.按原理图接好设备,打开信号源,调节输出电平及频率,方波内调制,重复频率为 1KHz 左右。 2.把短路片(TC26 中配置)安置在测量线的输出端上。 3.移动测量线探针,同时适当调整选频放大器的放大倍数,避免在输出最大位置时选 频放大器指针打表,来回移动测量线,观察传输线在终端短路情况下全反射的驻波分布情 况。 4.移动探针在驻波最小点左右找出两个具有相同幅度(由选频放大器读出)的位置, 取其平均值。 5.根据所测数值求出波长及信源频率。 五、报告要求 根据所测数据计算波长及信源频率,并分析误差原因。 六、思考题 为什么采用测定波节点的位置,而不是采用测定波腹点的位置。

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实验二 驻波法测量波导元件阻抗
一、实验目的 1.熟悉波导传输线的系统元件。 2.掌握负载阻抗的测量方法及测量线的使用。 3.熟悉微波信号发生器及测量放大器的使用方法。 二、实验仪器 1.标准信号发生器:YM1123 或 XB9A 2.选频放大器:YM3892 或 XF―01 3.相应的 BD20A 三厘米波导元件 4.TC26 三厘米测量线 5.终端负载 三、实验原理 测量原理图如下:

信号源

频率计

选频放大器

同轴波导 转换器

定向耦合器

可变衰减器

测量线

终端结构

图 2-1 实验原理框图

按原理图接好设备调整系统,可测得波导中(测量线)电场沿线的幅值分布为下图。

E

Emax

Emin
0

dmin
波导中电场沿线的幅值分布图 图 2-2 波导中电场沿线的幅值分布图

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在各种微波网络中,二端口微波网络是最基本的。例如:衰减器、移相器、阻抗变换 器和滤波器等均属于二端口微波网络。 仅传播主模式的波导所接的终端结构的电性质可由单点测量求得,如果采用 TC26 测量 线,应测量电压驻波比以及电压最小值到输入平面的距离,然后根据公式求得阻抗值。 可由测得的波腹 E max 与波节 E min 值,计算出系统的驻波比 S 及反射系数模值|Г|:

S =

E max E min

Γ = [S 1] [S + 1]
反射系统Г与同一点处线的输入阻抗有如下关系:

而 = π 1 4d min
0

~ Z ~ Z

in

( d ) = [1 + Γ (d )] [1 Γ( d ) ] = 1 + Γ e j
j

[

] [1 Γ e ]
j

~ = Z in (0) = [1 + Γ e L



0

] [1 Γ e

j



0

]

[

λ]
P

式中相波长 λ p 可按本实验第一项的方法求得。 由测定的|Г|, 即可计算出负载阻抗 (归 一化值 Z) 。 四、实验步骤 1.按原理图接好设备,打开信号源,调节输出电平及频率,方波内调制,重复频率为 1KHz 左右。 2.移动测量线探针,测量两相邻的电压最小值之间的距离,以测出传输线中的波长。 3.短路片(TC26 中配置)安置在测量线的输出端上,并记下探针指示器标尺上对应 于电压最小值位置的读数。 4.测量线的终端移去短路片,并把被测器接在它的位置上。 5.测量 E max 、 Emin 和 d min ,应用公式就可求出阻抗值。 五、报告要求 根据所测数据计算负载阻抗,并分析误差原因。 六、思考题 被测元件 TE 分支接与不接短截片阻抗是否相同。

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附:实验用仪器及波导元件的介绍 1. XB9A 微波信号发生器。 本发生器由砷化镓微波二级管产生微波振荡。 振荡频率可调, 输出信号可加振幅调制(设内方波调制信号,也可外调制) 。 本仪器使用时, 接通电源后指示电流表应在 50~100μA 值范围; 工作方式选在“电流” 位置;载波频率在 7.5~12.5GHz 内任选;输出衰减调整在 0~10dB 内。采用连续方波脉冲 内调制,调制信号频率为 1000Hz,脉宽可适当选择: 2.XF—01 测量放大器。本仪器是高增益,低噪声,窄带放大器。其中心频率 1000Hz, 选频通带极窄。 本仪器使用时,接通电源 5 分钟后方可正常工作(因是电子管为放大器件) ;增益可粗 调(宜选在 60 或 70dB 档)和微调;选频通带亦可粗调和微调;输入置 200KΩ晶体档;工 作方式(正常或展宽)置正常档位。 3.测量线。属于精密机械设备,探针位置调节,探针插入波导深度调节均为精密机械 传动机构,调整时要细微,轻动。 4.可变衰减器。其作用相当于可调电位器,旋动上部旋钮(有刻度标志)可改变吸收 片插入波导深度,从而达到改变衰减量的目的。 5.双 T 调配器。相当于在一般波导上并联和串联各一可调电抗(通过改变短路长度实 现电抗阻值变化) 。 6.本实验所用测量探针位置标尺(65mm~215mm) ,端刻度到测量线波导端面距离为 40mm。 7.本实验所使用波导为 WJB-100,其截面尺寸: a=22.86mm,b=10.16 mm 。


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