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微波系统中电压驻波比的测量

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近代物理实验报告

指导教师： 得分：

实验时间： 2009 年 10 月 26 日， 第 九 周， 周 一 ， 第 5-8 节

实验者： 班级 材料0705 学号 200767025 姓名 童凌炜

同组者： 班级 材料0705 学号 2007670 姓名 车宏龙

实验地点： 综合楼 406

实验条件： 室内温度 ℃， 相对湿度 %， 室内气压

实验题目： 微波系统中电压驻波比的测量

实验仪器：（注明规格和型号） 导波管（BJ-100）、隔离器、衰减器、谐振式频率计、晶体检波器、驻波测量线（DH364A00）、匹配负载

实验目的：

（1） 了解驻波导测量系统，熟悉基本微波原件的作用； （2） 掌握驻波测量线的正确使用方法；

（3） 掌握大、中、小电压驻波系数的测量原理和方法。

实验原理简述： 1. 微波的基本知识

1.1 电磁波的基本关系

??D?? ??B?0??E???B?t??H?j??D （3-1-1） ?tD??E，B??H，J??E （3-1-2）

如上所示， 方程组（3-1-1）为Maxwell方程组，方程组（3-1-2）描述了介质的性质对场的影响。

1.2 矩形波导中波的传播

在微波波段，随着工作频率的升高，导线的趋肤效应和辐射效应增大，使得普通的双导线不能完全传输微波能量，而必须改用微波传输线。 本实验中使用的是矩形波导管， 同时对应使用的是在矩形波导中常用的微波TE10

1.2.1 TE10型波。

微波系统中电压驻波比的测量

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一个均匀、无限长和无耗的矩形波导。（图3-1-3）经过计算可以得到波导波长?g??1?(?2a

)2特点：

1，存在一个临界波长?c=2a，只有波长???c的电磁波才能在波导管中传播 2，导波波长?g>自由空间波长?

3，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，并且始终平行于导波的窄边

4，磁场既有横向分量，也有纵向分量，磁力线环绕电力线 5，电磁场的波导的纵方向（z）上形成行波 下图所示， 为TE10型波的电磁场结构

1.2.2导波的工作状态

如果导波终端负载是匹配的，传播到终端的电磁波的所有能量被吸收，这时波导中呈现的是行波。当导波终端不匹配时，就是一部分波被反射，波导中的任何不均匀性也会产生反射，形成所谓混合波。为了描述电磁波，引入反射系数与驻波比的概念，反射系数?定义为

??Er/Ei?|?|ej?

驻波比?定义为??Emax（3-1-6），其中式中，Emax和EminEmin

分别为波腹和波节点电场E的大小

不难看出：对于行波，??1；对于驻波，???；而当1????，是混合波（如上图所示）

2. 电压驻波比的测量

微波系统中电压驻波比的测量

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驻波测量是微波测量中最基本和最重要的内容之一。在测量时，通常测量电压驻波系数，即波导中电场最大与最小之比

2.1 直接法

直接法是测量沿线驻波的最大与最小场强，然后根据驻波比定义式（见上页）直接求出电压驻波比。这种方法适用于测量中、小电压驻波比

当驻波比较少时，晶体二极管为平方检波，如果驻波腹点和节点处指示电表读数分别为Imax和Imin，则式（3-1-6）可写成??Imax/Imin

当驻波比分别在驻波图像分别如下所示

1.005???1.5， 以及1.5???6时，

2.2 等指示度法

等指示度法适用于测量大、中电压驻波比（??6）。此时，波腹振幅与波节振幅的区别很大，此时在测量最大点和最小点电平时，晶体工作在不同的检波律，如仍按直接法测量，则产生较大误差，所以采用等指示度法，也就是通过测量驻波波节附近场的分布规律的间接方法。 大驻波比的示意图如右所示。

经过计算可以得到当驻波比很大（??6）时，E很小，

?g有???W （这里λg是波导波长）

2.3 功率衰减法

功率衰减法适用于任意驻波比值的测量

功率衰减法是用精密可衰减器测量驻波腹点和节点两个位置上的电平差，因而与晶体的检波律无关，主要取决于衰减器的精密度和系统的匹配情况驻波比可用下式计算

??10^(Amax?Amin)

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其中Amax和Amin分别为探针在波腹点和波节点处， 指示电表读数相同时， 所对应的精密可变衰减器的读数。