北邮电磁场实验波导波长的测量.docx
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北邮电磁场实验波导波长的测量
北邮电磁场实验-波导波长的测
作者:
日期:
北京邮电大学
电磁场与微波测量实验
实验二波导波长的测量
学院:
班级:
组员:
「子工程学院
2011211207
邹夫、马睿、李贝贝
执笔:
邹夫
1•实验内容1
1.1实验目的1
1.2实验设备1
1.3实验系统框图1
1.3实验步骤2
2.实验原理3
2.1两点法3
2.2间接法3
3实验数据与分析4
3.1测量波导波长4
3.1.1两点法4
3.1.2直接法4
3.2晶体检波特性5
3.2.1晶体校准曲线图5
3.2.2晶体检波率公式计算7
3.3误差分析7
4.思考题7
5.实验心得与体会8
1.实验内容
1.1实验目的
通过博导波长测量系统测出波导波长。
1.2实验设备
1.DH1121C型微波信号源
2.DH364A00型3cm测量线
1.3实验系统框图
1/7
测量波导波长
1•观察衰减器、空腔波长计、主播测量线的结构形式、读数方法;
2•按照系统框图检查系统的连接装置以及连接电缆和电缆头;
3•开启信号源,预热仪器,并按照操作规则调整信号工作频率以及幅度,并调整调制频率;
4•利用两点发进行测量,将波导测量线终端短路,调测放大器的衰减量和可变衰减器使当探针位于波腹时,放大器只是电表接近满格,用两点法测量波导波长;
5•将驻波测量线探针插入适当深度,将探针移到两个波节点的重点位置,然后调节其调谐贿赂,使测量放大器指示最大;
6•利用间接法来测量波导波长为。
首先用波长计测量信号波长瓜,测三次去平均值。
再
计算右。
测量完成后要将波长计从谐振点调开,以免信号衰减影响后面的测量;校准晶体二极管检波器的检波特性
7•将探针沿线测量线移动,按测量放大器指示改变最大值刻度的10%,记录一次探针位
置,给出U沿线的分布图形;
8•设计表格,用驻波测量线校准晶体的检波特性;
9•做出晶体检波器校准曲线图;
10.再移动探针到驻波的波腹点,记录数据,分别找到波腹点两相邻边指示电表读数为
波腹点50%对应的值,记录此刻探针的位置di,d2,根据公式..—一求得晶体检波
率n,和8所得的数值进行比较。
2.实验原理
2.1两点法
1。
在测量
L1、L2,
按照系统框图连接测量系统。
可变电抗采用短路片,短路片的反射系数接近线中,入射波与反射波的叠加为接近纯驻波的图形,只要测得驻波相邻节点的位置
由二-,即可求得波导波长。
nVi1V
**
波节点的位置-取一和「的平均值:
由上图可知,波导波长:
2.2间接法
理论上,自由波长「和频率-的换算方法:
c
c为自由空间传播速度,约A厘米每秒;
矩形波导中的波,自由波长和波导波长[满足公式:
“二=
/■fe)
a为矩形波导宽边尺寸,对三厘米波导扎拐普毫米。
上个实验已经用波长表测出信号波长,计算。
3实验数据与分析
3.1测量波导波长
3.1.1两点法
7?
晋
139.722
129.678
112.584
102.576
mm
mm
mm
mm
略n-冷”=134.700
2
略“二爲=107.58
mm
mm
由公式:
_「.「:
可以计算出;•二:
:
.J-:
mm
3.1.2直接法
第一次
第二次
第三次
平均值
/(GHz)
8.678
8.678
8.677
/
4/7
几o(mm)
34.570
34.570
34.574
/
九(mm)
52.825
52.825
52.840
52.830
由上表可知,一二汇X”猗
3.2晶体检波特性
3.2.1晶体校准曲线图
所测量的波导波长:
54.24mm波
节点血的位置:
134.7mm
E/Ema
x
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
d
0
g
63
鼻
31.3
备
^D.£
%
15.3
4
12
%
备
o1
备
鼻
4
d
0
0.861
1.733
2.633
3.545
4.52
5.545
6.696
7.976
9.686
13.5
6
134.
135.56
136.43
137.33
138.24
139.2
140.24
141.39
142.67
144.38
148.2
d+do
7
1
3
3
5
2
5
6
6
6
6
U
0
0
2.9
9.1
16.2
27.0
36.0
50.1
65.1
83.2
100
U/Umax
0
0
0.029
0.091
0.162
0.270
0.360
0.510
0.651
0.832
1
logE
/
-1
-0.699
-0.523
-0.398
-0.30
-0.222
-0.155
-0.097
-0.046
0
logU
/
/
-1.538
-1.041
-0.791
-0.57
-0.444
-0.300
-0.186
-0.08
0
根据U和d的大小,画出U,d的关系曲线,如下图所示:
其中,蓝色的x代表原始数据,红色的曲线为•。
可以看出,U与d大致成三
J2角函数的关系。
将悴;F和悴和的值输入到Matlab里,通过线性回归函数polyfit计算出一元线性回归函数的
系数,即直线部分的斜率;部分代码如下:
E=[0.20.30.40.50.60.70.80.91];
U=[0.0290.0910.1620.270.360.5010.6510.8321];
E_log=log10(E);
U」og=log10(U);
c=polyfit(E_log,U_log,1);
x=-0.8:
0.1:
0;
y=c
(1)*x+c
(2);
plot(E_log,U_log,'x');
holdon;
plot(x,y,'r');
图如下所示:
0.2
OJ
E£5
检波晶体的校准曲线
其中斜率c
(1)=2.1426;所以得到晶体检波率n=2.1426;
322晶体检波率公式计算
di(mm)
d2(mm)
W(mm)
141.410
127.962
13.448
根据公式••一.可以算得到n=2.038。
3.3误差分析
通过两点法和间接法算得的波导波长相差不大,约为2.66%,处于合理误差范围内通过
曲线法和计算法测得的n相差不大,约为4.88%,处于合理误差范围内;
主要误差因素可能有:
1•读数误差;2•微波信号源信号不稳定,频率在测量前后有改变。
4■思考题
i•在波导系统终端短路的情况下,插入具有导纳的探针后,波导中真正驻波图形如何改
变?
使位置波节点
答:
由于导纳的分流作用,驻波腹点和节点的电场强度都要比真实值小,和波腹点发生偏移。
探针呈容性电纳将使驻波腹点向负载方向偏移。
如图所示:
"SSBof
2•用波长表测量自由空间信号震荡频率后,为什么还要失谐频率计?
答:
电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中,当频率计的腔体失谐时,腔里的电
磁场极为微弱,此时,它基本上不影响波导中波的传输。
当电磁波的频率满足空腔的谐振条
件时,发生谐振,反映到波导中的阻抗发生剧烈变化,相应地,通过波导中的电磁波信号强度将减弱,输出幅度将出现明显的跌落,从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度,通过查
表可得知输入微波谐振频率。
如果不使用失谐频率计,波导中传播的电磁波会十分微弱。
3•平方律检波特性只有小信号才适用,在测试过程中,需要采取哪些措施实现小信号?
答:
使用衰减器:
衰减器是把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边,纵
向插入波导管,用以部分衰减传输功率,沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。
衰减器起调节系统中微波功率的作用。
4•为什么要测晶体检波率?
指示电表读数和微波场强E之间成什么关系?
答:
当微波功率变化较大时a和k就不是常数,且和外界条件有关,所以在精密测量中必须对晶体检波器进行定标。
电表读数和场强的成指数比例关系。
5.实验心得与体会
电磁场与微波测量实验是由三个人组队的实验,通过本次试验,我们知道了同学之间互
相合作的重要性。
我们组三个成员通过分工合作完成任务,实验的期间不断探讨问题,使得较为复杂的问题很快的得到了解决。
本次实验不是很难,我们首先对实验课本上的东西进行
预习,上课的时候认真听老师讲解,对实验有基本概念后小心仔细的进行了实验。
本次实验
的难点就在于重复的读数,一不留神就容易读错数,所以我们要细心对待实验。
本次试验需要测的数据比较多,需要耐心的记录数据。
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- 关 键 词:
- 邮电 磁场 实验 波导 波长 测量