微波基本参数的测量—原理
微波基本参数的测量
一、实验目的
1、了解各种微波器件；
2、了解微波工作状态及传输特性；
3、了解微波传输线场型特性；
4、熟悉驻波、衰减、波长（频率）和功率的测量；
5、学会测量微波介质材料的介电常数和损耗角正切值。
二、实验原理
微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。要对这些参数进行测量，首先要了解电磁波在规则波导内传播的特点，各种常用元器件及仪器的结构原理和使用方法，其次是要掌握一些微波测量的基本技术。 １、导行波的概念：
由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。导行波的电场E 或磁场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。导行波可分成以下三种类型： (A) 横电磁波（TEM 波）：
TEM 波的特征是：电场E 和磁场H 均无纵向分量，亦即： 0=Z E ,0=Z H 。电场E 和磁场H ，都是纯横向的。TEM 波沿传输方向的分量为零。所以，这种波是无法在波导中传播的。 (B) 横电波（TE 波）：
TE 波即是横电波或称为“磁波”（H 波），其特征是0=Z E ,而0≠Z H 。亦即：电场E 是纯横向的，而磁场H 则具有纵向分量。 (C) 横磁波（TM 波）：
TM 波即是横磁波或称为“电波”(E 波)，其特征是0=Z H ，而0≠Z E 。亦即：磁场H 是纯横向的，而电场E 则具有纵向分量。
TE 波和TM 波均为“色散波”。矩形波导中，既能传输mm T E 波，又能传输mm T M 波（其中m 代表电场或磁场在x 方向半周变化的次数，n 代表电场或磁场在y 方向半周变化的次数)。 ２、波导管：
波导管是引导微波电磁波能量沿一定方向传播的微波传输系统，有同轴线波导管和微带等，波导的功率容量大，损耗小。常见的波导管有矩形波导和圆波导，本实验用矩形波导。
矩形波导的宽边定为x 方向，内尺寸用a 表示。窄边定为y 方向，内尺寸用b 表示。10TE 波以圆频率ω自波导管开口沿着z 方向传播。在忽略损耗，且管内充满均匀介质（空气）下，波导管内电磁场的各分量可由麦克斯韦方程组以及边界条件得到：
()sin()j t z o y x E j
e ωβωμππα-=-， ()sin()j t z o x x
H j e ωβμαππα
-=
()
cos(
)j t z z x H e
ωβπα-=， x y z E E E ==，2g
πβλ=
其中，位相常数g λ=c
f λ=。
3、波导管中的微波参数： (1) 临界波长c λ：
矩形波导中传播的色散波，都有一定的“临界波长”。只有当自由空间的波长λ小于临界波长λc
时，
电磁波才能在矩形波导中得到传播。mm T E 波或mm T M 波的临界波长公式为：22)()(2b
n a m c +=
λ 。
(2)波导波长g λ和相速V 、群速Vc ：
色散波在波导中的波长用g λ表示。波导内由入射波与反射波叠加而成的合成波，其相平面传播的速度称为相速V 。群速V c 是表示能量沿波导纵向传播的速度，其关系为2*c V V c =。因为，波导中电磁波是成“之”字形并以光速传播的。所以，波导波长g λ将大于自由空间的波长λ。同时，相速V 也大于光速C 。它们之间的相互关系为：
)
(1c
λλ
λλ-=
g ，)
(1*c
g c
f V λλλ-=
=
图1 示出了电磁波在波导中传播的方向。 (3) 反射系数Γ和驻波比ρ：
波导终端接入负载后，由于负载性质的不同， 电磁波就将在终端产生不同程度的反射。如用Z c 表 示传输线的特性阻抗，用Z L 表示负载阻抗。则反 射系数Γ为： L
C L
C f Z Z Z Z e
+-=
Γ=Γ?
||
可见，反射系数Γ是个复数。当特性阻抗C Z 与负载阻抗L Z 相等（即接入匹配负载）时：||Γ = 0 ,入射波全部被负载吸收而无反射。当终端短路（微波技术中的短路是指系统终端接入全反射负载，即0=L Z ）时：Γ=1，入射波被负载全部反射。
微波技术中，还经常使用驻波比ρ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:
min max E E =
ρ ，驻波比ρ与反射系数Γ之间的关系应为：|
|1|
|1Γ-Γ+=ρ 。 由此，从图2中(a)、(b)、(c)可看出电场在波导中的分布情况。
图1 平面波的传播
(a) 在负载匹配情况下有：Γ = 0及ρ= 1；波导中传播的是“行波”，其幅值为i E ；
(b) 在负载短路情况下有： Γ = 1及∞=ρ；波导中传播的是“纯驻波”，其幅度值为||2i E ； (c) 在其它任意负载下有：0 < Γ< 1及1 < ρ<∞；波导中传播的是“行驻波”，其幅度 (1+Γ)||i E 。传输线的目的是要无损的传输功率，故常希望工作在负载阻抗匹配的情况下。
图2 不同负载情况下电场在波导中的分布图
(4) 反射系数和驻波比
波在无限长的波导管中沿z 方向传播，构成行波，现只考虑某时刻t 的传输状态，略去j t
e
ω-因子，则
0j l y E E e β=，00E ωμα
π
=
。若波导不是无限长的均匀导体，则存在反射波，电场由入射波和反射波叠加而成，j z j z y i r E E e E e ββ-=+，i E 和r E 分别表示入射波和反射波的振幅，将距离L 的原点取在终端负载的反射面上，
则上式变为j l
j l y i r E E e
E e ββ-=+。
定义反射系数()R L 为波导中某横截面处的电场反射波与入射波之比，即：
2()(0)j l j l i j l
r E e R L R e E e
βββ--==，其中(0)|(0)|j R R e ?
=，R （0）为终端的反射系数，?表示在终端反射波与入射波的相位差，(2)[1|(0)|]j t
j l y i E E e
R e ββ?--=+。
当22l n β?π-=时，驻波电场达最大值，形成波腹，即：
||||(1|(0)|)j t y i E E e R β=+
当2(21)l n β?π-=+时，驻波电场大最小值，形成波节，即： ||||(1|(0)|)j t y i E E e R β=-
驻波比ρ定义为波导中驻波最大值与最小值之比，即：
max min
||(1|(0)|)
||(1|(0)|)
y y E R E R ρ+=
=
-
4、10TE 波的特点：
a ． 电场仅有分量0y E ≠，表明电场矢量总是垂直于波导宽边a ，而0y H =表明磁场矢量在平行于波导
宽边的平面内。
b ． 电磁场沿y 方向是均匀的，而在x 方向形成驻波0sin(
)y x E E πα
=* 通常以脚标m,n 分别表示在波导宽边和窄边的驻波的个数。
c ． 电磁场在波导的纵向z 上形成行波。沿z 方向y E 和x E 分布规律相同，即y E 最大处x H 亦最大，
0y E =处0x H =，场的这种结构是行波的特点，两者相差为
2
π。 5、10H 波：
由公式可知，矩形波导中临界波长C λ的最大值应出现在m ＝1，n ＝0的情况下（此时：max C c λλ==2a ）。这就是10H 波。10H 波被称为矩形波导中的“主波”，也是最简单、最有用的波形。一般矩形波导所激励的都是10H 波。下面将讨论，10H 波中电磁场的简单结构。 (a)电场结构：
10H 波中电场E 只有E y 分量。其电力线将与x-z 平面处处正交。如图6-2-3所示。在x-y 平面内，
)(0)sin(
vz x y e a
x
E E -=ωπ说明电场强度只与x 有关，且按正弦规律变化。在x ＝0及x ＝a 处（即：波导中的两个
窄边上）。0=y E 。在x = a/2 处（即：波导宽边中央），max y y E E =。由于，能量是沿z 方向传播的。因此，
y E 将沿z 方向呈行波状态，并在x = a/2 的纵剖面内，y E 沿z 轴也是按正弦分布。
(b)磁场结构：
10H 波中磁场H 只有z H 及z H 分量。其磁力线将分布在x-z 平面内。由于，y E 和H x 决定着电磁波沿z 方向传播的能量，就必然要求y E 与z H 同相，即沿z 方向在y E 最大处， z H 也最大，在x 方向上, z H 是呈正弦分布（与y E 同相）。所以x H 在横截面和纵剖面的分布情况也与y E 相同。
图3 矩形波导中H 10波的电磁场分布图
在讨论z H 分布时，必须注意到，在z ＝0 的截面上， z H 沿x 方向是呈余弦变化，即在x =0 及x ＝a 处，
x H 有最大值，而在x = a/2处，则有z H ＝0。
10H 波场的特点可以归结为：
a. 只存在y E ， x H x ，z H 三个分量；
b. y E 和x H 均按正弦规律分布，z H 按余弦规律分布。因而y E 和x H 同相，并与z H 反相。
图3显示了H 10波电磁场在矩形波导中的分布。应当注意到，这些电力线和磁力线的分布情况将随着时间的顺延，而以一定的速度沿z 方向在波导中向前移动着。
三、实验仪器
本实验是使用厘米波中的X 波段，其标称波长为3.2cm ，中心频率为9375MHz 。其它主要设备有： 1、测量线：三厘米驻波测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。其内腔尺寸为a ＝22.86mm ，b ＝
10.16mm 。其主模频率范围为8.60～9.6GHz ，对于TE 10波而言，截止波长a c 2=λ＝45.72mm ，截止频率为
==c c c λν 6.557GHz 。开槽直波导位于波导宽边的正中央，平行于波导轴线，不切割高频电流，因此对波导
内的电磁场分布影响很小，开槽波导中的场由不调谐探针取样，探针感应出的电动势经过晶体检波器变成电信号输出，可以显示沿波导轴线的电磁场变化信息。实验中就是通过探测测量线中电磁场的分布达到测量微波的各种参数目的。
2、直波导管：型号为BJ —100，其内腔尺寸为a ＝22.86mm ，b ＝10.16mm 。其主模频率范围为8.20～12.50GHz ，对于TE 10波而言，截止波长a c 2=λ＝45.72mm ，截止频率为==c c c λν 6.557GHz ，实验中作为连接件使用。
3、隔离器：位于磁场中的某些铁氧体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同的吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性。实验中隔离器用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输作用。
4、可变衰减器：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以及去耦合的作用。
5、波长表：电磁波通过耦合孔从波导进入波长表的空腔中，当波长表的腔体失谐时，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波长。
6、匹配负载：波导中装有很好地吸收微波能量的电阻片或吸收材料，它几乎能全部吸收入射功率。
7、单螺调配器：插入矩形波导中的一个深度可以调节的螺钉，并沿着矩形波导宽壁中心的无辐射缝作纵向移动，通过调节探针的位置使负载与传输线达到匹配状态。调匹配过程的实质，就是使调配器产生一个反射波，其幅度和失配元件产生的反射波幅度相等而相位相反，从而抵消失配元件在系统中引起的反射而达到匹配。
图4 DH364A00型3cm 测量线外形
8、功率计：本实验使用DH4861B 型微瓦功率计来测量微波功率。当功率计探头接入系统终端时，就构成了微波系统的负载。探头内装有铋锑热电偶，可将微波产生的热能转换成电能，并直接由功率计表头上的读数得知被测功率值。
功率计由功率探头和指示器两部分组成，功率探头是一个依据能量守恒定律，将微波功率线性地装换成直流电压的换能器。指示器是一台高增益、低噪音的直流电压放大器，放大功率探头提供的微弱信号，用数字电压显示功率值。
功率探头是利用热电效应将射频功率线性地装换成热电势输出。其中的射频直流转换部分：主要是由热元件及匹配的散元件组成，热电元件采用真空镀膜技术，在介质薄膜上形成热电偶堆，在同轴结构的电磁场中，它既是终端的吸收负载，又是热电转换元件，电磁波从同轴传输线部分输出，消耗在热元件上使热电堆上两个热点节的温度上升，产生与所加射频能量成正比的热电动势，该电势送入指示器进行放大，做读数指示。
9、可变短路器：可变短路器是由短路活塞与传动读数装置构成的，是一个可变电抗。
10、环形器：环形器是一种具有非互易性的分支传输系统。Y 型环形器是常用的一种，在其中心“截区”置有一块横向磁化的铁氧体，保证功率的单向循环流通。
11、固态信号源：固态信号源产生微波信号输出，实现内方波周制，由体效应管振荡器、可变衰成器、PIN 调制器等元件构成。在使用过程中注意体效应管电压。
12、选频放大器：主要用于放大微弱低频交流信号，配合微波测量线用于交流信号驻波比测量。
四、实验内容
1、驻波比测量
产生驻波的原因是由于负载阻抗与波导特性阻抗不匹配。因此，通过对驻波比的测量，就能检查系统的匹配情况，进而明确负载的性质。使用测量线测试驻波比，可直接由测量线探针分别处于驻波波腹及波节位置时的电流表读数max I 及min I ,求出驻波比。但是为了提高检测灵敏度，最好还是将微波信号源加以1KC 的方波信号进行调制。此信号由选频放大器放大。在其指示电表上就能读出有关的电流值、分贝值或是直接读出驻波比值。
本实验一般都是在小信号状态下进行测试，为此检波晶体二极管都是工作在平方律检波区域（检波电流
2E I ∞），故应有：min
max
I I =
ρ 本实验是在小信号状态下进行测试的，这时驻波测量线中的检波晶体二极管工作在平方律检波区域，检
波电流2
E I ∝，可设：2
kE I =，因此：
min
max
min max min max min max min max U U R U R U I I k I k I E E L L =====
ρ 通过测量测量线开槽波导中微波驻波波腹处和波节处的最大电压值及最小电压值，就可以计算出波导中
微波驻波的驻波比。 步骤：
（1）按图5所示的框图连接成微波实验系统。
（2）开启微波信号源（DH1121C ），工作方式选择“方波”，点频方式，频率9～9.5GHz ，选择较小的微波输出功率，电流<500mA 。
（3）用选频放大器进行监测，调节单螺调配器，使微波在波导中形成小驻波比（驻波的最大值和最小值相差不大）的驻波。
（4）移动波导测量线的探针测出波导测量线位于波腹和波节点上的max U 和min U 。由于此时驻波的最大值和最小值相差不大，且不尖锐，不易测准，为了提高测量准确度，可移动探针到几个波腹点和波节点记录数据，然后取平均值再进行计算。
n n
n n U U U U U U E E E E E E min 2min 1min max 2max 1max min 2min 1min max 2max 1max ++++++=
++++++=
ρ
a.小驻波比测量 ①调节选频放大器上的调零旋钮，使指针指示为零； ②接入被测信号，调整“频率”旋钮，必要时可以换挡，直到仪器读数最大； ③沿测量线移动探针使仪器得到最大指示值时，即波腹点位置，读出此时表头读数U max ； ④沿测量线移动探针使仪器得到最小指示值，即波谷点位置，读出此时表头读数U min ，根据min max U U =ρ 算出驻波比。
b.大驻波比的测量 ①调节测量线，直到在选频放大器上指针偏转最小，然后向左和向右调节测量线指针，使选频放大器读数显示为最小值的两倍，记下测量线移动的距离d ；
②将测量线调节至最左端，然后在选频放大器上选择一个合适的读数值，使测量线依次从左到右移动； ③记下每次使选频放大器读数相同时的测量线位置X 1、X 2、X 3、X 4；
④由波导波长12L L g -=λ其中2)(L 211X X += 2)(L 432X X +=算出波导波长。⑤由大驻波比的计算公式d
g
πλρ=将上述测得的值代入可以算出大驻波比值。
(5) 微波频率的测量：
频率的测量是微波测量技术中的一个重要方面。本实验将采用“直接”和“间接”两种不同的方法来测量频率。
(a) 直接测量法
使用外差式频率计或是数字微波频率计就能直接读出频率的数值。亦可以使用吸收式空腔波长计，利用空腔做为谐振系统，并通过机械装置进行调谐。当吸收式波长计的腔体被调节到谐振点时，输入到指示器的功率最小。此时即可由波长计中的螺旋测微计的读数D ，通过D ～f 曲线查出被测的微波频率。本实验就是使用这种方法作为直接测量的。 (b) 间接测量法
一般是使用测量线，先测出波导波长，然后由公式：
2
1???
? ??-=
g
g λλλ
λ
计算出待测微波信号在自由空间的波长,最后再由波长频率f 的关系求出频率。 上式中：g λ——波导波长； λ——自由空间波长；
c λ——波导的截止波长。
在三公分微波系统中，波导的尺寸：a ×b ＝22.86mm ×10.16mm 。对于10H 波而言，截止波c λ＝2a ＝45.72mm 。 微波系统中接入不匹配负载时，就将出现驻波，使用测量线就能很方便地测量出相邻两个波长点之间的距离：
2
12g
D D λ=
-。
图4 示出了通过驻波波节点的位置来找出波导波长g λ的方法：
由于在驻波波节处指示仪器的 数值很小，且驻波波节处波形的 变化很陡，因而就很难找到波节 点准确位置。为了提高测量的精 度，可利用波节点两侧波形对称
的特点，采用“等电位法”进行。
所谓等电位法，就是先在任意一个 图4 用等电位法找驻波的波节
波节点D1 的左右两侧找出1 及2 两个位置，使指示仪器微安表的读数均为1 a ，则此波节点的正确位置为：
2
2
11 +=
D 同理，可在相邻波节点D 2的左右两侧找出3 及4 ，则：2
4
31 +=D 所以，2
222
14312 +-+=-=D D g λ (7) (6) 驻波比的测量：
产生驻波的原因是由于负载阻抗与波导特性阻抗不匹配。因此，通过对驻波比的测量，就能检查系统的
匹配情况，进而明确负载的性质。
本实验一般都是在小信号状态下进行测试，为此检波晶体二极管都是工作在平方律检波区域（检波电流
2E I ∞），故应有：min
max
I I =
ρ 使用测量线测试驻波比，可直接由测量线探针分别处于驻波波腹及波节位置时的电流表读数max I 及min I ,求出驻波比。但是为了提高检测灵敏度，最好还是将微波信号源加以1KC 的方波信号进行调制。此信号由选频放大器放大。在其指示电表上就能读出有关的电流值、分贝值或是直接读出驻波比值。 (7) 功率的测量：
本实验使用DH4861B 型微瓦功率计来测量微波功率。当功率计探头接入系统终端时，就构成了微波系统的负载。探头内装有铋锑热电偶，可将微波产生的热能转换成电能，并直接由功率计表头上的读数得知被测功率值。
如果忽略传输线本身对信号的衰减，并假设功率计探头的阻抗L Z 与微波系统的特性阻抗C Z 相匹配（即：
L Z ＝C Z ），则信号源输出的功率将全部为负载所吸收。但在一般情况下，功率计探头的输入阻抗ZL 不可能做得完全与微波系统的特性阻抗ZC 相匹配（即：C L Z Z ≠），则一部分功率将会由探头反射回来，它正比于
探头的功率反射系数2
Γ。这种损耗称为：“反射损耗”。此时功率计所吸收的功率应为：)||1(2
Γ-=H L P P
其中： L P ——功率计所测得的功率值；H P ——系统终端输出的真实功率； Γ——反射系数)1
1
(+-=
Γρρ 另外，在传输系统中，传输线本身也会对信号源的输出功率P0产生一定的衰减，这种衰减称为“插入损耗”。它主要是由于系统中的隔离器、可变衰减器等元件对信号功率0P 产生的衰减所致（其他元器件的衰减可忽略不计）。隔离器的正向功率衰减为1db （即：经隔离器后，输入功率就有1.259 倍的衰减）。只要可变衰减器的指针是放在“0”的位置，就不会引入衰减。为此，经传输系统衰减后，系统终端的实际功率为：)259.1//00P K P P H == 式中，1/K 是以倍数表示的微波元件的插入损耗； 至此，不难得出微波信号源所发出的功率应为：
L P K
P ?Γ-=
2
0|
|1 (8) (9) 光速的测量
光速是物理学中十分重要的一个基本常数。用微波测光速是所有测试手段中精度最高的一种。当然，使用高级专用设备进行测量这不是我们微波实验所必须要求的。我们主要是利用实验室中现有的设备去了解光速测量的基本原理。其方法仅需通过对频率f 及波导波长g λ的测定，并由公式(2)换算出自由空间的波长l 后，即可由C ＝λf 去计算光速。
实验内容
实验中使用的仪器有：DH3880选频放大器、DH1121微波信号源、DH4801B 型厘米波功率计、BD1/049型H 面波导开关、DH2150检波指示器 1. 频率测量
连接微波系统，将检波器及检波指示器接到被测件位置，利用波长表可以测出微波信号源的频率。因为波长表由一个谐振腔构成，旋转波长表的测微头，可以改变谐振腔的大小，从而改变其固有频率,当固有频率与微波的频率相同时，两者发生共振。而发生共振时，谐振腔吸收微波的能量达到最大值。所以，当波长表与被测频率谐振时，将出现吸收峰，反映在检波器上的指示是一跌落点，读出测量头读数，查出对应频率。
实验时，微波信号源显示的数值为9.595GHZ ，出现吸收峰时，波长表的读数为3.19mm ，查表得到的数据为9596MHZ 。 2. 功率测量
功率计测量原理为将微波的电磁能先通过耦合转化为热能，形成热电动势，在功率计里测量后得到微波的功率。测量时，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。
实验得到的功率为9.10mW 。 3. 微波驻波比测量
测量驻波比，三厘米波导测量线是测量的基本仪器。测量线由开槽波导，不调谐探头和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以探测微波传输系统中电磁场分布情况。测量线波导是一段精密加工的开槽直波导，此槽位于波导宽边的正中央，平行于波导轴线，不切割高频电流，因此对波导内的电磁场分布影响很小。此外，槽端还有阶梯匹配段，两端法兰具有尺寸精确的定位和连接孔，而且保证开槽波导有很低的剩余驻波系数。三厘米波导测量线的外形图见实验仪器介绍部分所示。滑架是用来安装开槽波导和不调谐探头的。把不调谐探头放入滑架的探头插孔中，拧紧锁紧螺钉，即可把不调谐探头紧固。探针插入波导中的深度，可根据情况适当调整。 ⑴ 小驻波比
将探头移动到波节和波腹的地方，从选频放大器读出电压的最大值和最小值，计算出驻波比S 。
1.11S =
==
⑵ 大驻波比
如果直接测量大驻波的最大值，就会引入误差，驻波的最大值超出了指示器量程。此时可用“双倍最小值
法”来测量假定晶体工作在平方律检波，则只须测出读数为最小点二倍的两点间距离及波导波长，便可以由
S =
d 为二倍最小点幅度处 d = X1-X2
用“平均法”找出两个相邻的最小点位置D 1和D 2，即：移动探针在驻波最小点左右找出两个具有相同幅度的位置d 1和d 2，然后取其平均值、即为所需的最小点位置D 1，用相同的方法找出相邻的最小点D 2
12
13
4
22
2d d D d d D +=
+=
相邻两个最小点的距离即为半个波导波长122g D D λ=-。
123499.9,102.0,123.7,121.4d mm d mm d mm d mm ==== 0.23d mm =
59.8S ∴=。
实验内容
根据讲义中介绍的常用微波器件和实验室提供的仪器使用说明书，掌握它们的工作原理及使用方法。 (1) 频率的测量：
(a) 直接测量法：
仔细旋转吸收式波长计上螺旋测微计的刻度细心观察微安表电流值的变化。在找到最大吸收点时，记下波长计的读数D 。要求操作三次，取其均值，然后由给出的D ～f 曲线查出被测的频率。 (b) 间接测量法：
将吸收式波长计从吸收点移开。用等电位法，找出位于测量线中部两个波节点的位置(即：2/g λ)。再计算出被测频率。
(2) 测出测量线中驻波场的分布：
在整段测量线范围内，使用用选频放大器做出驻波分布曲线，并绘制成图。为保证驻波曲线精度，请自行选择“步长”。同时还应注意测量线的空程。 (3) 驻波比的测量： 按下微波源“方波”按钮。
(a)在系统终端分别接短路板和全匹配负载，观察驻波场。 (b)在终端分别接失配负载A 和B 。选择合适的方法测出ρ。 (4) 功率的测量：
在实验室预定衰减值和增加1/2 衰减下分别测出相对功率和绝对功率，并比较测量结果。 注意事项
(1) 用选频放大器测驻波比时，体效应微波源必须使用“方波”档。由于仪器的灵敏度很高切勿使电表指示超出,否则极易损坏电表。
(2) 微波系统各元件器件的波导口应注意对齐，以减少因电波在参差的波导口多次反射而引入的寄生波。 思考题
(1) 选用不同测量驻波比方法的原则是什么？
(2)0P 、L P 、H P 三种不同的功率值其含义有何不同？它们之间有何内在联系？ 选作内容
微波元件衰减量定义为
dB P P A 2
1
log
10= 其中，1P 为匹配状态下的输入功率，2P 为匹配状态下的输出功率。试测出衰减器衰减量。
实验结论：
微波频率、波导波长和功率的测量方法较为直接简单，但在理解原理的过程中花费了很长的时间。通过对实验数据的整理和分析发现波导波长的两组数据差值较大，分析原因可能有下：在实验过程无意间改变了衰减器的数值；在移动波导测量线的游标卡尺时有一组数据不是相邻的两个波峰和波谷间的数值；也可能是人为误差，错误的读取了数值。
试验中应注意的有：用选频放大器测驻波比时，体效应微波源必须使用“方波”档。由于仪器的灵敏度很高，可将“分贝”及“增益”旋钮做为“粗”、“细”调使用。切勿使电表指示超出100mA,否则极易损坏电表。功率计探头的功率衰减为100，故真实的功率应为功率计示值的100倍。
本实验是微波实验中的基础实验之一。通过实验，基本达到了实验最初的目的：了解微本实验是微波实验中的基础实验之一。通过实验，基本达到了实验最初的目的：了解微波的传输系统的组成部分；对微波的产生、微波原件和微波测量的基本知识有了进一步的了解；掌握了测量微波基本参数的基本方法。
总的来说，在自己探索加提问的方式完成了此次实验，同时了解了实验的实质就是对理论本质的理解，没有真正理解实验原理的本质，是很难开展实验的。
微波基本参数测量
浙江师范大学实验报告 实验名称微波基本参数测量班级物理071 姓名陈群学号07180116 同组人刘懿钧实验日期09/10/27 室温气温 微波基本参数测量 摘要：微波是一种波长较短的电磁波。在电磁波波谱表中，微波的波长介于无线电波与光波之间。波长较长的分米波和无线电波的性能相近，波长较短的毫米波则 与光波的性质相一致。本实验有以下目的（1）了解微波传输系统的组成部分。 （2）掌握微波的基本测量：频率、功率、驻波比和波导波长 关键词：微波功率驻波比频率特性阻抗波长可变衰减器 引言：微波通常是指波长从1米（300MHZ）到1毫米（300GHZ）范围内的电磁波，其低频端与超短波波段相衔接，高频端与远红外相邻，由于它比一般无线电波的 波长要短的多，故把这一波段的无线电波称为微波，可划分为分米波，厘米波 和毫米波。微波有以下基本特征：1.微波的波长极短，比地球上一些物体的几 何尺寸小得多，因此当微波照射到这些物体上时，产生显著的反射，其传播特 性与几何光学相似，具有“似光性”直线传播的特点；2.微波的频率极高，即 振荡周期极短（10-9~10-12秒），与一般电真空器械中的电子渡越时间同一数量 级；3.微波可以毫无阻碍地穿过电离层，具有穿透性；4.许多的原子和分子发 射和吸收原子电磁波波长正好处于微波波段内；5.研究方法和测量技术上，要 从“电磁场”的概念去研究和分析，测量功率、驻波比、频率和特性阻抗等。 近年来，微波边缘学科，如微波超导、微波化学、微波生物学、微波医学都得 到长足的发展。 实验方案： 1、实验原理 微波的波长通常被认为在1mm～1M之间，其频率范围相当于300GHz～300MHz。如此之高的振荡频率，势必会引起一系列新的问题。现将微波与无线电波的主要不同点简述如下：（1）微波的产生具有其独特性 电子管中，电子由阴极到达阳极的时间称为“电子渡越时间”，一般是在s的数 量级。这对频率较低的无线电波来讲，几乎可被忽略。但对频率高于300 MHZ的微波，则将受到制约。若想从电子管中获得微波信号，只能借助于电子流与谐振腔相互交换能量的方式来进行。 （2）在研究方法上两者有明显的不同 在低频电路中，工作波长已远远超出实际电路的几何尺寸（例如：对应于50Hz的电磁波其波长值为6000KM）。电路中各点的电流和电压值可被认为是在同一时刻建立起来。
微波电路S参数测量实验报告
微波电路S参数测量实验报告 一、实验目的 掌握微波电路S参数的基本概念、测试的原理和方法。 二、实验内容 用矢量网络分析仪测试微波滤波器的二端口S参数。 三、基本原理 网络分析仪中最常用的应用是矢量网络分析仪，它是用来测量、分析各种微波器件和组件S参数的高精度仪器，在整个行业中使用率极高，作为重要仪器很多从事产品研发和测试的电子工程师都有可能需要使用。矢量网络分析仪的原理如图1所示。 图1 矢量网络分析仪的原理图 上图中各部分的功能如下： A、信号源：提供被测件激励输入信号，被测器件通过传输和反射对激励波作出响应，被测器件的频率响应可以通过信号源扫频来获取，由于测试结构需要考虑多种不同的信号源参数对系统造成的影响，故一般我们采用合成扫频信号源。 B、信号分离装置：含功分器和定向耦合器，分别提取被测件输入和反射信号，从而测量出它们各自的相位和幅度大小，测试装置可以单独也可以集成到分析仪的内部。 C、接收机：对被测件的反射、传输和输入信号进行测试；采用调谐接收机可以提供最好的灵敏度和动态范围，还能抑制谐波和寄生信号。 D、处理显示单元：对测试结果进行处理和显示，它作为多通道一起，需要有基准通道和测试通道，通过二者的比较才能知道测试的精准度，它的显示功能很强大并且灵活，如多种标记功能、极限线功能等，给系统和元器件的性能和参数测试带来很大的便利性。
矢量网络分析仪本身自带了一个信号发生器，可以对一个频段进行频率扫描. 如果是单端口测量的话，将激励信号加在端口上，通过测量反射回来信号的幅度和相位，就可以判断出阻抗或者反射情况。而对于双端口测量，则还可以测量传输参数。 图2 利用网络分析仪测微波电路的S参数 微波滤波器可看作是一个二端口网络，具有选频的功能，可以分离阻隔频率，使得信号在规定的频带内通过或被抑制。 滤波器按其插入衰减的频率特征来分有四种类型：（1）低通滤波器：使直流与某一上限角频率ωC（截至频率）之间的信号通过，而抑制频率高于截至频率ωC的所有信号；（2）高通滤波器：使下限频率ωC以上的所有信号通过，抑制频率在ωC以下的所有信号；（3）带通滤波器：使ω1至ω2频率范围内的信号通过，而抑制这个频率范围外的所有信号。（4）带阻滤波器：抑制ω1至ω2频率范围内的信号，而此频率范围外的信号可以通过。 测试前需要特别注意的一点是，如果待测件是有源器件，连接待测件前一定先将网络分析仪的两个端口的输出功率降到-25dBm以下。否则不但不会得到正确的测试结果，而且还有可能将网络分析仪损坏。这一点是测量有源器件时需要特别注意的一点。 四、微波滤波器技术指标 工作频率：9.36GHz； 电压驻波比：<1.3； 插入损耗：< 1dB。 五、实验步骤 1、矢量网络分析仪开机； 2、矢量网络分析仪校准； 3、连接矢量网络分析仪与被测器件； 4、按下“PRESET”键，准备进行设置，并设置监视的频率范围：按下“FREQ”键，按下“CENTER”软键，使用数字键输入扫频段的中心频率，例如9360，然后按下“MHz”软键。同时按下“SPAN”软键，输入测量带宽，使用数字键输入“500”，然后按下“MHz”软键。
哈尔滨工业大学(威海)微波技术实验报告
《微波技术》实验 班级 学号 姓名
实验一ANSOFT HFSS软件的使用与魔T的仿真 一、实验内容 1.下载并且安装ANSOFT HFSS软件10.0版本 2.学习使用该软件 3.仿真魔T 4.写出仿真使用后的报告 二、验收方式 1.提交使用报告(封皮班级学号装订成册) 2.用电脑对进行实际的演示和操作 三、实验步骤 注：首先根据实验Word文档设置仿真环境变量以保证魔T仿真能正确进行。 1、建立工程文件 在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry复选框选中这样使得在复制模型时，所设置的边界一起复制。 2、设置求解类型 3、设置模型单位 将创建模型中的单位设置为毫米。 4、设置模型的默认材料 在工具栏中设置模型的默认材料为真空（Vacuum）。 5、创建魔T (1) 创建arm_1 利用Draw>Box创建。 (2) 设置激励端口 注意：在哪一个端口设置激励，就先画哪一个端口，并将端口命名为P1。 (3) 创建其他臂 利用旋转复制的方式创建arm_2，arm_3，arm_4。 (4) 组合模型 利用布尔运算将所有的arm组合成为一个模型，即魔T创建完成。
6、设置求解频率即扫频范围 (1) 设置求解频率。解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency ：4GHz；Maximum Number of Passes：5；Maximum Delta S per Pass ：0.02。 (2) 设置扫频。在扫频窗口中做以下设置：Sweep Type：Fast；Frequency Setup Type：Linear Count；Start ：3.4GHz；Stop：4GHz；Count：1001；将Save Field复选框选中。 实验仿真图如下： 图1 电场E分布 说明：图1以正z轴方向为激励端口1，负y轴端口2，正x轴端口3，正y轴端口4。 可知：（1）端口1作为激励端口，端口2和端口4有等幅反向波输出。 （2）端口3为隔离口。
北邮微波实验报告整理版
北京邮电大学信息与通信工程学院 微波实验报告 班级：20112111xx 姓名：xxx 学号：20112103xx 指导老师：徐林娟 2014年6月
目录 实验二分支线匹配器 (1) 实验目的 (1) 实验原理 (1) 实验内容 (1) 实验步骤 (1) 单支节 (2) 双支节 (7) 实验三四分之一波长阻抗变换器 (12) 实验目的 (12) 实验原理 (12) 实验内容 (13) 实验步骤 (13) 纯电阻负载 (14) 复数负载 (19) 实验四功分器 (23) 实验目的 (23) 实验原理 (23) 实验内容 (24) 实验步骤 (24) 公分比为1.5 (25) 公分比为1（等功分器） (29) 心得体会 (32)
201121111x 班-xx 号-xx ——电磁场与微波技术实验报告 实验二 分支线匹配器 实验目的 1．熟悉支节匹配器的匹配原理 2．了解微带线的工作原理和实际应用 3．掌握Smith 图解法设计微带线匹配网络 实验原理 支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。 单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d 和由并联开路或短路短截线提供的电纳。匹配的基本思想是选择d ，使其在距离负载d 处向主线看去的导纳Y 是Y0+jB 形式。然后，此短截线的电纳选择为-jB ，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。 双支节匹配器，通过增加一个支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。 微带线是有介质εr (εr >1)和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质εr ，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为 εe ，介于1和εr 之间，依赖于基片厚度H 和导体宽度W 。而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为εe 、基片厚度H 和导体宽度W 有关。 实验内容 已知：输入阻抗Z 75in ，负载阻抗Z (6435)l j ，特性阻抗0Z 75 ，介质基片 2.55r ，1H mm 。 假定负载在2GHz 时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离114d ，两分支线之间的距离为21 8 d 。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz 至2.2GHz 的变化。 实验步骤 1．根据已知计算出各参量，确定项目频率。 2．将归一化阻抗和负载阻抗所在位置分别标在Smith 圆上。 3．设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE 计算微带线物理长度和宽度。此处应该注意电长度和实际长度的联系。 4．画出原理图，在用微带线画出基本的原理图时，注意还要把衬底添加到图中，将各部分的参数填入。注意微带 分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。 5．负载阻抗选择电阻和电感串联的形式，连接各端口，完成原理图，并且将项目的频率改为1.8—2.2GHz 。 6．添加矩形图，添加测量，点击分析，测量输入端的反射系数幅值。 7．同理设计双枝节匹配网络，重复上面的步骤。
微波基本参数的测量原理
微波基本参数的测量 一、实验目的 1、了解各种微波器件； 2、了解微波工作状态及传输特性； 3、了解微波传输线场型特性； 4、熟悉驻波、衰减、波长（频率）和功率的测量； 5、学会测量微波介质材料的介电常数和损耗角正切值。 二、实验原理 微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。要对这些参数进行测量，首先要了解电磁波在规则波导内传播的特点，各种常用元器件及仪器的结构原理和使用方法，其次是要掌握一些微波测量的基本技术。 １、导行波的概念： 由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。导行波的电场E 或磁场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。导行波可分成以下三种类型： (A) 横电磁波（TEM 波）： TEM 波的特征是：电场E 和磁场H 均无纵向分量，亦即：0=Z E ,0=Z H 。电场E 和磁场H ，都是纯横向的。TEM 波沿传输方向的分量为零。所以，这种波是无法在波导中传播的。 (B) 横电波（TE 波）： TE 波即是横电波或称为“磁波”（H 波），其特征是0=Z E ,而0≠Z H 。亦即：电场E 是纯横向的，而磁场H 则具有纵向分量。 (C) 横磁波（TM 波）： TM 波即是横磁波或称为“电波”(E 波)，其特征是0=Z H ，而0≠Z E 。亦即：磁场H 是纯横向的，而电场E 则具有纵向分量。 TE 波和TM 波均为“色散波”。矩形波导中，既能传输mm TE 波，又能传输mm TM 波（其中m 代表电场或磁场在x 方向半周变化的次数，n 代表电场或磁场在y 方向半周变化的次数)。 ２、波导管： 波导管是引导微波电磁波能量沿一定方向传播的微波传输系统，有同轴线波导管和微带等，波导的功率容量大，损耗小。常见的波导管有矩形波导和圆波导，本实验用矩形波导。 矩形波导的宽边定为x 方向，内尺寸用a 表示。窄边定为y 方向，内尺寸用b 表示。10TE 波以圆频率ω自波导管开口沿着z 方向传播。在忽略损耗，且管内充满均匀介质（空气）下，波导管内电磁场的各分量可由麦克斯韦方程组以及边界条件得到： ()sin()j t z o y x E j e ωβωμππα-=-， ()sin()j t z o x x H j e ωβμαππα -=
微波偏振实验报告
篇一：电磁场与微波实验六报告——偏振实验 偏振实验 1. 实验原理 平面电磁波是横波，它的电场强度矢量e和波长的传播方向垂直。如果e在垂直于传播方向的平面内沿着一条固定的直线变化，这样的横电磁波称为线极化波，在光学中也称偏振波。电磁场沿某一方向的能量有sin2 φ的关系，这就是光学中的马吕斯定律：i=i0cos2 φ，式中i0为初始偏振光的强度，i为偏振光的强度，φ是i与i0之间的夹角。 2. 实验步骤 系统构建图 由于喇叭天线传输的是由矩形波导发出的te10波，电场的方向为与喇叭口天线相垂直的系列直线，中间最强。dh926b型微波分光仪的两喇叭天线口面互相平行，并与 地面垂直，其轴与偏振实验线在一条直线上。由于接收喇叭口天线是和一段旋转短波导 连在一起的，在旋转波导的轴承环的90度范围内，每隔5度有一刻度，所以接收喇叭天线的转角可从此处读到。 在主菜单页面点击“偏振实验”，单击“ok”进入“输入采集参数”界面。 本实验默认选取通道3作为光栅通道插座和数据采集仪的数据接口。采集点数可根据提示选取。 顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）匀速转动微波分光仪的接收喇叭，就可以得到转角与接收指示的一组数据。 终止采集过程后，按下“计算结果”按钮，系统软件将本实验根据实际采集过程处理得到的理论和实际参数。 注意事项： ①为避免小平台的影响，最好将其取下。 ②实验用到了接收喇叭天线上的光栅通道（光传感头），应将该通道与数据采集仪通道3用电缆线连接。 ③转动接收喇叭天线时应注意不能使活动臂转动。 ④由于轴承环处的螺丝是松的，读取电压值时应注意，接收喇叭天线可能会不自觉偏离原来角度。最好每隔一定读数读取电压值时，将螺丝重新拧紧。 ⑤接收喇叭天线后的圆盘有缺口，实验过程中应注意别将该缺口转动经过光栅通道，否则在该处软件将读取不到数据。 3. 实验结果
哈工大 微波技术实验报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 微波技术 实验报告 院系：电子与信息工程学院班级： 姓名： 学号： 同组成员： 指导老师： 实验时间：2014年12月18日 哈尔滨工业大学
目录 实验一短路线、开路线、匹配负载S参量的测量------------------------------3 实验二定向耦合器特性的测量------------------------------------------------------6 实验三功率衰减器特性的测量-----------------------------------------------------11 实验四功率分配器特性的测量-----------------------------------------------------14 附录一RF2000操作指南-------------------------------------------------------------19 附录二射频电路基本常用单位------------------------------------------------------23 实验总结------------------------------------------------------------------------------------24
实验一 短路线、开路线、匹配负载S 参量的测量 一、实验目的 1、通过对短路线、开路线的S 参量S11的测量，了解传输线开路、短路的特性。 2、通过对匹配负载的S 参量S11及S21的测量，了解微带线的特性。 二、实验原理 S 参量 网络参量有多种，如阻抗参量[Z]，导纳参量[Y]，散射参量[S]等。微波频段 通常采用[S]参量，因为它不仅容易测量，而且通过计算可以转换成其他参量， 例如[Y]、[Z] 图1-1 一个二端口微波元件用二端口网络来表示，如图1-1所示。图中，a1,a2分 别为网络端口“１”和端口“２”的向内的入射波；ｂ1，ｂ2分别为端口“１”和端口 “2”向外的反射波。对于线性网络，可用线性代数方程表示： b1=S11a1+S12a2 b2=S21a1+S22a2 (1-1) 写成矩阵形式： ?? ??????????????=????? ???a a S S S S b b 212212211121 (1-2) 式中S11，S12，S21，S22组成[S]参量，它们的物理意义分别为 S11=11 a b 02=a “2”端口外接匹配负载时， “1”端口的反射系数 S21=12 a b 02=a “2”端口外接匹配负载时， “1”端口至“2”端口的传输系数 S12=21 a b 01=a “1”端口外接匹配负载时， “2”端口至“1”端口的传输系数
微波仿真实验报告(北邮)
北京邮电大学 微波仿真实验报告实验名称：微波仿真实验
姓名：刘梦颉 班级：2011211203 学号：2011210960 班内序号：11 日期：2012年12月20日 一、实验目的 1、熟悉支节匹配的匹配原理。 2、了解微带线的工作原理和实际应用。 3、掌握Smith图解法设计微带线匹配网络。 4、掌握ADS，通过SmithChart和Momentum设计电路并仿真出结果。 二、实验要求 1、使用软件：ADS 2、实验通用参数： FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02 特性阻抗：50欧姆 3、根据题目要求完成仿真，每题截取1~3张截图。
三、实验过程及结果 第一、二次实验 实验一： 1、实验内容 Linecal的使用（工作频率1GHz） a)计算FR4基片的50欧姆微带线的宽度 b)计算FR4基片的50欧姆共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线 宽度与接地板之间的距离） 2、相关截图 （a）根据实验要求设置相应参数
（b）根据实验要求设置相应参数 实验二 1、实验内容 了解ADS Schematic的使用和设置2、相关截图：
打开ADS软件，新建工程，新建Schematic窗口。 在Schematic中的tools中打开lineCalc，可以计算微带线的参数。 3、实验分析 通过在不同的库中可以找到想要的器件，比如理想传输线和微带线器件。在完成电路图后需要先保存电路图，然后仿真。在仿真弹出的图形窗口中，可以绘制Smith图和S参数曲线图。
实验三 1、实验内容 分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧姆四分之波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。观察Smith圆图变化。 2、相关截图 （1）理想传输线
微波技术实验报告
微波技术实验指导书目录 实验一微波测量仪器认识及功率测量 实验二测量线的调整与晶体检波器校准 实验三微波驻波、阻抗特性测量 实验一微波测量仪器认识及功率测量 实验目的 （1）熟悉基本微波测量仪器； （2）了解各种常用微波元器件； （3）学会功率的测量。 实验内容 一、基本微波测量仪器 微波测量技术是通信系统测试的重要分支，也是射频工程中必备的测试技术。它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。 微波信号特性参量主要包括：微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。微波网络参数包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如[S]参数）。 测量的方法有：点频测量、扫频测量和时域测量三大类。所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量；扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析；时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。 图1-1 是典型的微波测量系统。它由微波信号源、隔离器或衰减器、定向耦合器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。 图 1-1 微波测量系统 二、常用微波元器件简介 微波元器件的种类很多，下面主要介绍实验室里常见的几种元器件： （1）检波器（2）E-T接头（3）H-T接头（4）双T接头 （5）波导弯曲（6）波导开关（7）可变短路器（8）匹配负载 （9）吸收式衰减器（10）定向耦合器（11）隔离器 三、功率测量 在终端处接上微波小功率计探头，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。 微波元器件的认识 螺钉调配器 E-T分支与匹配双T 波导扭转 匹配负载 波导扭转 实验总结：在实验中我们认识了各种的微波元器件，让我们更好的理解课本上的知识，更是为了以后的实验做了准备。 实验二测量线的调整与晶体检波器校准 实验目的 （1）学会微波测量线的调整； （2）学会校准晶体检波器特性的方法； （3）学会测量微波波导波长和信号源频率。 实验原理
微波仿真实验报告(北邮)
北京邮电大学 微波仿真实验报告
实验名称：微波仿真实验 姓名：刘梦颉 班级：2011211203 学号：2011210960 班内序号：11 日期：2012年12月20日 一、实验目的 1、熟悉支节匹配的匹配原理。 2、了解微带线的工作原理和实际应用。 3、掌握Smith图解法设计微带线匹配网络。 4、掌握ADS，通过SmithChart和Momentum设计电路并仿真出结果。 二、实验要求 1、使用软件：ADS 2、实验通用参数： FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02 特性阻抗：50欧姆 3、根据题目要求完成仿真，每题截取1~3张截图。 三、实验过程及结果
第一、二次实验 实验一： 1、实验内容 Linecal的使用（工作频率1GHz） a)计算FR4基片的50欧姆微带线的宽度 b)计算FR4基片的50欧姆共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线宽 度与接地板之间的距离） 2、相关截图 （a）根据实验要求设置相应参数 （b）根据实验要求设置相应参数
实验二 1、实验内容 了解ADS Schematic的使用和设置 2、相关截图： 打开ADS软件，新建工程，新建Schematic窗口。 在Schematic中的tools中打开lineCalc，可以计算微带线的参数。
3、实验分析 通过在不同的库中可以找到想要的器件，比如理想传输线和微带线器件。在完成电路图后需要先保存电路图，然后仿真。在仿真弹出的图形窗口中，可以绘制Smith图和S参数曲线图。 实验三 1、实验内容 分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧姆四分之波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。观察Smith圆图变化。 2、相关截图 （1）理想传输线
微波基本参数的测量实验报告
微波基本参数的测量 【目的要求】 1.学习微波的基本知识，了解波导测量系统，熟悉基本微波元件的作用； 2.了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术； 3.掌握驻波测量线的正确使用方法； 4.掌握电压驻波系数的测量原理和方法。 【仪器用具】 微波参数测试系统，包括：三厘米固态信号源，三厘米驻波测量线，选频放大器，精密衰减器，隔离器，谐振式频率计（波长表），匹配负载，晶体检波器，单螺调配器等。 【原理】 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。从图1可以看出，微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间，因此 它兼有两者的性质，却又区别于两者。与无线电波相比，微波有下述几个主要特占 八、、 A /it |钏 1 I「F X-io? LU 1 1 1 1 1i I J KT* IN JQ-U 1 1 』」1 p\\r in 1 1 1 n i 1 1 II P 1 卿]□'" 阿見充￥卅 电 恢 图1电磁波的分类 1 ?波长短（1m1mm）：具有直线传播的特性，利用这个特点，就能在微 波波段制成 方向性极好的天线系统，也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信 号，从而 确定物体的方位和距离，为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。 2 ?频率高：微波的电磁振荡周期（10-9—10-12s）很短，已经和电子管中电子在电极间 -9
器、放大器和检波器）中，而必须采用原理完全不同的微波电子管（速调管、磁控管和行波管等）、微波固体器件和量子器件来代替。另外，微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级，在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重，一般无线电元件如电阻、电容、电感等元件都不再适用，也必须用原理完全不同的微波元件（波导管、波导元件、谐振腔等）来代替。 3．微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流，而是研究微波系统中的电磁场，以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。 4.量子特性：在微波波段，电磁波每个量子的能量范围大约是10-6?10-3eV, 而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。人们利用这一特点来研究分子和原子的结构，发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科，并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟，原子钟。 5.能穿透电离层：微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层，为卫星通讯，宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。 综上所述微波具有自己的特点，不论在处理问题时运用的概念和方法上，还是在实际应用的微波系统的原理和结构上，都与普通无线电不同。微波实验是近代物理实验的重要组成部分。 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，使得普通的导线不能完全传输微波能量，而必须改用微波传输线。常用的微波传输线有平行双线、同轴线、带状线、微带线、金属波导管及介质波导等多种形式的传输线，本实验用的是矩形波导管，波导是指能够引导电磁波沿一定方向传输能量的传输线。 根据电磁场的普遍规律——Maxwell 方程组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。
微波实验报告
之前网上下的学长学姐的报告有很多不靠谱,但是调谐都要调到中心频率上,否则都不对, 还有老师验收的时候如果自己心情很不好,只要她发现一点错误就会坚定的认为不是自己 做的,所以一定要确保没有错误,原理一定要弄清楚.愿后来人好运~~~ 实验2 微带分支线匹配器 一．实验目的： 1．熟悉支节匹配的匹配原理 2．了解微带线的工作原理和实际应用 3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络 二．实验原理： 1.支节匹配器 随着工作频率的提高及相应波长的减小，分立元件的寄生参数效应就变得更加明显，当波长变得明显小于典型的电路元件长度时，分布参数元件替代分立元件而得到广泛应用。因此，在频率高达GHz以上时，在负载和传输线之间并联或串联分支短截线，代替分立的电抗元件，实现阻抗匹配网络。常用的匹配电路有：支节匹配器，四分之一波长阻抗变换器，指数线匹配器等。 支节匹配器分单支节、双支节和三支节匹配。这类匹配器是在主传输线并联适当的电纳（或串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。此电纳或电抗元件常用一终端短路或开路段构成。 本次实验主要是研究了微带分支线匹配器中的单支节匹配器和双支节匹配器，我都采用了短路模型，这类匹配器主要是在主传输线上并联上适当的电纳，用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波。 单支节调谐时，其中有两个可调参量：距离d和由并联开路或短路短截线提供的电纳。匹配的基本思想是选择d ，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是Y0+JB形式。然后，此短截线的电纳选择为-JB，然后利用Smith圆图和Txline，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。 双支节匹配器，比单支节匹配器增加了一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配，但需要注意的是，由于双支节匹配器不是对任意负载阻抗都能匹配，所以不能在匹配禁区内。 2.微带线 从微波制造的观点看，这种调谐电路是方便的，因为不需要集总元件，而且并联调谐短截线特别容易制成微带线或带状线形式。微带线由于其结构小巧，可用印刷的方法做成平面电路，易于与其它无源和有源微波器件集成等特点，被广泛应用于实际微波电路中。 W为微带线导体带条的宽度；εr为介质的相对介电常数；T为导体带条厚度；H 为介质层厚度，通常H远大于T。L为微带线的长度。微带线的严格场解是由混合TM-TE 波组成，然而，在绝大多数实际应用中，介质基片非常薄（H<<λ），其场是准TEM波，因此可以用传输线理论分析微带线。 微带线的特性阻抗与其等效介电常数εr、基片厚度H和导体宽度W有关，计算公式较为复杂，故利用txline来计算。 3.微带线的模型
北理工微波实验报告总结
实验一一般微波测试系统的调试 一、实验目的 1．了解一般微波测试系统的组成及其主要元、器件的作用，初步掌握它们的调整方法。 2．掌握频率、波导波长和驻波比的测量方法。 3．掌握晶体校正曲线的绘制方法。 二、实验装置与实验原理 常用的一般微波测试系统如1-1所示（示意图）。 微波 信号源 隔离 器 可变衰减器 频率计精密 衰减 器 测量线终端 负载 测量放大器图1-1 本实验是由矩形波导（3厘米波段， 10 TE模）组成的微波测试系统。其中，微波信号源（固态源或反射式速调管振荡器）产生一个受到（方波）调制的微波高频振荡，其可调频率范围约为7.5~12.4GHz。隔离器的构成是：在一小段波导内放有一个表面涂有吸收材料的铁氧体薄片，并外加一个恒定磁场使之磁化，从而对不同方向传输的微波信号产生了不同的磁导率，导致向正方向（终端负载方向）传播的波衰减很小，而反向（向信号源）传播的波则衰减很大，此即所谓的隔离作用，它使信号源能较稳定地工作。频率计实际上就是一个可调的圆柱形谐振腔，其底部有孔（或缝隙）与波导相通。在失谐状态下它从波导内吸收的能量很小，对系统影响不大；当调到与微波信号源地频率一致（谐振）时，腔中的场最强，从波导（主传输线）内吸收的能量也较多，从而使测量放大器的指示数从某一值突然降到某一最低值，如图1－2(a)所示。此时即可从频率计的刻度上读出信号源的频率。从图1-1可知，腔与波导（主传输线）只有一个耦合元件（孔），形成主传输线的分路，这种连接方式称为吸收式（或称反应式）连接方法。另一种是，腔与主传输线有两个耦合器件，并把腔串接于主传输线中，谐振时腔中的场最强，输出的能量也较多，因而测量放大器的指示也最大，如
微波测量复习题
微波测量复习题 1.表征微波信号的三个重要基本参数，简要阐述微波测量与低频电子电路测量的区别和联 系。 （1）功率、频率、阻抗。 （2) ①低频电子电路的几何尺寸通常远小于工作波长，属于集中参数电路。便于测量的电压电流和频率是基本测试量。 微波元器件的几何尺寸通常和工作波长相比拟，属于分布参数电路。功率，频率和阻抗是基本测试量。 ②非TEM波传输线系统中电压、电流的定义失去了唯一性，如单导体传输线波导－模式 电压，模式电流。而在TEM波传输线系统工作于主模且在行波条件下，行波电压V、电流I和传输功率P仍满足与低频电路相同关系式。 ③它们在测量任务测量方法和测量仪器方面都有所不同。 2.测量的基本要素与之间互动关系 被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境 测量过程—基本要素之间的互动关系: 1制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测试程序） 2选择测试仪器，组建测试系统。 3分析测量误差并显示测量出结果。 3.什么是测量环境，举例说明 测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和。比如温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化。 4.测量误差来源有哪些？ （1）测量对象变化误差（对应测量基本要素）（2）仪器误差（3）理论误差和方法误差（4）人身误差（5）环境影响误差 5.计量与测量的关系 ?计量的任务是确定测量结果的可靠性。 ?计量是测量的基础和依据。 ?没有计量，也谈不上测量。 ?测量发展的客观需要才出现了计量。 ?测量是计量应用的重要途径。 ?没有测量，计量将失去价值 6.微波信号源的主要性能指标与含义 微波信号源就是产生微波信号的装置，又称为微波信号发生器。 主要性能指标：频率特性，输出特性，调制特性。 （1）频率特性--频率范围，频率的准确度和稳定度，频率分辨率，频率切换时间，频谱纯度。 （2）输出特性--输出电平，电磁兼容性，输出电平的稳定度、平坦度、准确度 （3）调制特性--让微波信号的某个参数值随外加控制信号而改变 *微波三极管的主要特征是利用静电控制原理控制交变电子流的大小，来实现信号产生和放大的功能。这种控制是借助改变控制栅极电压，影响阴极附近的电场来实现的。
极化波实验报告
内蒙古工业大学信息工程学院 实验报告 课程名称：电磁场与电磁波实验名称：反射实验和极化波的产生 与检测实验类型：验证性■综合性□设计性□实验室名称：电磁场与电磁波实 验室班级：电子10-1班学号：201010203008 姓名：苏宝组别： 同组人：成绩：实验日期： 2013年5月21 电磁场与电磁波实验 实验一：反射实验 实验目的 熟悉dh926ad型数据采集仪、dh926b型微波分光仪的使用方法掌握分光仪验证电磁波 反射定律的方法 实验设备与仪器 dh926ad型数据采集仪 dh926b型微波分光仪 dh1121b型三厘米固态信号源金属板 实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍 物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和 通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 如图所示，平行极化的均匀平面波以角度? 入射到良介质表面时，入射波、反射波和折 射波可用下列式子表示为 平行极化波的斜入射示意图 实验内容与步骤 系统构建时，如图1，开启dh1121b型三厘米固态信号源。dh926b型微波分光仪的两喇 叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭位置的指针分别指于工作 平台的0-180刻度处。将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉 起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。反射全属板放到支座上时，应 使金属板平面与支座下面的小圆盘上的90-90这对刻线一致，这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。 将dh926ad型数据采集仪提供的usb电缆线的两端根据具体尺寸分别连接 图1 反射实验 到数据采集仪的usb口和计算机的usb口，此时，dh926ad型数据采集仪的usb指示灯 亮（蓝色），表示已连接好。然后打开dh926ad型数据采集仪的电源开关，电源指示灯亮（红 色），将数据采集仪的通道电缆线两端分别连接到dh926b型微波分光仪分度转台底部的光栅 通道插座和数据采集仪的相应通道口上（本实验应用软件默认为通道1）。最后，察看dh1121b 型三厘米固态信号源的“等幅”和“方波”档的设置，将dh926ad型数据采集仪的“等幅/ 方波”设置按钮等同于dh1121b型三厘米固态信号源的设置。 转动微波分光仪的小平台，使固定臂指针指在某一刻度处，这刻度数就是入射角度数， 然后转动活动臂在dh926ad型数据采集仪的表头上找到一最大指示，此时微波分光仪的活动 臂上的指针所指的刻度就是反射角度数。如果此时表头指示太大或太小，应调整微波分光仪 微波系统中的可变衰减器或晶体检波器，使表头指示接近满量程做此项实验。入射角最好取 30°至65°之间，因为入射角太大或太小接收喇叭有可能直接接收入射波。做这项实验时应 注意系统的调整和周围环境的影响。 采集过程中，dh926ad型数据采集仪的usb指示灯连续闪动（蓝色），表示采集过程正在 继续。应用软件屏幕上的信号灯颜色也随着实验的继续进行红色、绿色切换。您需要顺时针
微波测量实验报告一
近代微波测量实验报告一 姓名：学号： 学院：时间：年月 一实验名称 频谱仪的使用及VCO测量 二实验目的 了解频谱仪原理，熟悉频谱仪的参数设置及使用方法；掌握信号频率、功率、相位噪声和谐波的测试方法。 三实验内容 1、点频信号测试 测试信号源输出点频信号1GHz的二次和三次谐波抑制比（输出功率分别为-20dBm和20dBm），测试信号的相噪（@10KHz、@100KHz、@1MHz），考察仪器分辨力带宽、视频带宽等设置对测试结果的影响； 2、VCO测试 测试VCO的输出频率范围、输出功率（包括对应的控制电压），测试某频率点的相噪（@1MHz）和二次、三次谐波抑制比。 四实验器材 RS公司SMBV信号源、FSL6频谱仪、APS3005S直流稳压电源、VCO、微波同轴电缆、微波转接头。 五实验原理及实验步骤 相位噪声：在频域内，一个理想正弦波信号的表现是一个单谱线；实际信号除了主信号之外还包括一些离散的谱线，它们是随机的幅度和相位的抖动，在正常信号的左右两边以边带调制的形式出现。在频域内信号的所有不稳定度总和表现为载波两侧的噪声边带，边带噪声是一个间接的测量与射频信号功率频谱相关噪声功率的指标。边带噪声可以表述为调频边带噪声和调幅边带噪声。大多数的被相位噪声测试系统测量信号的调幅边带功率相对调频边带功率来说都很小，所以对大多数信号来说测量的边带噪声就是调频边带噪声（即相位噪声也称单边带相位噪声）。它的定义为1Hz带宽内相位调制边带的功率和信号总功率的比值，
单位为dBc/Hz。在信号频谱分析仪上，边带噪声是相位噪声和幅度噪声的总和，通常当已知调幅噪声远小于相位噪声时(小于10dB以上)，在频谱仪上读出的边带噪声即为相位噪声。 实验步骤 a)设置矢量信号源，分别产生产生频率为1GHz，功率为20dBm和-20dBm 的正弦信号； b)连接信号源与频谱仪； c)设置频谱分析仪，设置中心频率为1GHz，通过调整Res BW和Video BW， 显示被测信号； d)测试在偏离信号10KHz、100KHz、1MHz时的相位噪声； e)调整频谱仪起始、终止频率或带宽使得屏幕足够显示频率为1GHz信号 的二次和三次谐波； f)通过Mkr键选择Delta设置，测量并标示出二次谐波和三次谐波抑制比； g)关闭矢量信号源，连接直流稳压电源、VCO及频谱分析仪； h)通过调节直流稳压电源的电压大小，在频谱仪上观察信号的频率和输出 功率的变化，记录下最大和最小功率，可得VCO的输出频率范围； i)选定频率点：控制电压7.4V，输出功率14.38dBm，频率1.502817GHz， 测试该频率点的相噪（@1MHz）和二次、三次谐波抑制比。 六实验结果 1、点频信号测试数据及图片 数据图片： a)输入功率为20dBm时 二次、三次谐波抑制比
北邮电磁场与微波测量实验报告实验五极化实验
北邮电磁场与微波测量实验报告 实验五极化实验 学院：电子工程学院 班号：2011211204 组员： 执笔人： 学号：2011210986
一、实验目的 1．培养综合性设计电磁波实验方案的能力 2．验证电磁波的马吕斯定理 二、实验设备 S426型分光仪 三、实验原理 平面电磁波是横波，它的电场强度矢量E 和波长的传播方向垂直。如果E 在垂直于传播方向的平面沿着一条固定的直线变化，这样的横电磁波叫线极化波。在光学中也叫偏振波。偏振波电磁场沿某一方向的能量有一定关系。这就是光学中的马吕斯定律： 2 0cos I I θ = 式中I 为偏振波的强度，θ为I 与I0间的夹角。 DH926B 型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90度围，每隔5度有一刻度，所以接收喇叭的转角可以从此处读到。 四、实验步骤 1．设计利用S426型分光仪验证电磁波马吕斯定律的方案； 根据实验原理，可得设计方案：将S426型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90度围，每隔5度有一刻度，接收喇叭课程从此处读取θ（以10度为步长），继而进行验证。 2．根据设计的方案，布置仪器，验证电磁波的马吕斯定律。 实验仪器布置 通过调节，使A1取一较大值，方便实验进行。 然后，再利用前面推导出的θ，将仪器按下图布置。
五、实验数据 I（uA） θ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 理论值90 87. 3 79. 5 67. 5 52. 8 37. 2 22. 5 10. 5 2.7 0 实验值90 88 82 69 54 37 20 8 2 0.2 相对误差% 0 0.8 0.6 2.2 2.3 0.5 11. 1 14. 3 25. 9 - 1、数据分析： 由数据可看出，实验值跟理论值是接近的，相对误差基本都很小，在误差允许围，所以可以认为马吕斯定律得到了验证。 2、误差分析： 实验中可能存在仪器仪表误差，人为误差以及各组互相影响造成的误差等。但是角度比较大的时候，相对误差都比较小，也比较精准。角度比较小的时候，由于理论值较小，相对误差会大一点，但是从整体趋势来看，结果也是合理的。所以不影响我们对马吕斯定律进行验证。 六、思考题 1、垂直极化波是否能够发生折射？为什么？给出推导过程。 答：不能。 A1
实验一、微波测量基础知识实验报告
实验一、微波测量基础知识 班级：核32 姓名：杨新宇学号：2013011806 同组成员：杨宗谕一、实验目的 （1）了解和掌握信号发生器使用及校准。 （2）了解微波测量系统的基本组成和工作原理。 （3）掌握常用微波测量系统各器件的调整和使用方法。 （4）频率计（波长表）校准。 （5）了解和掌握测量线使用方法 二、实验原理及系统组成 1、微波信号源 图1是微波信号源的基本框图。通常由微波信号源、微波测量装置和指示器三部分组成。 它负责提供一定频率和功率的微波信号。同低频信号源一样，其信号可以是连续波也可以是调制波，工作方式有点频、扫频两种状态工作。微波信号源被广泛应用的类型主要有以下两种： （1）标准信号发生器 标准信号发生器其输出信号的频率、功率和调制系数可在一定范围内调节（有时调制系数可以固定不变），并能准确读数且屏蔽良好。它能做到输出微波信号准确已知，并能精细调节，特别是能将信号功率连续衰减到毫瓦、微瓦级电平，根据不同用途可具有不同的调制方式。 （2）扫频信号发生器 扫频信号发生器是能产生扫频信号的微波信号源，它能从所需频率范围的一端连续地“扫变”到另一端，所以能直接得到各个频率上的测量结果，在示波器或者记录仪上立即显示出所需要的频率特性曲线。
本实验采用的微波源是YM1123 标准信号发生器，工作在等幅模式下。 2、微波测量装置 微波测量装置如图2 所示。主要包括驻波测量线、调配元件、待测元件和辅助元件（如短路器、衰减器、匹配负载、移相器等）。 3、指示器部分 指示器是用于显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测量放大器、功率计、示波器、数字频率计、频率计（波长表）等。 4、元件基本原理及作用 信号源：本次实验采用YM1123标准信号发生器作为信号源，测量时工作在等幅模式，非测量时工作在其他模式，具体原理见本节第一部分。 数字频率计：由于信号源显示的频率不准，所以要用一个数字频率计来进行频率校准。后面的频率值均为数字频率计的示数。 同轴波导转换：将同轴线和后面的矩形波导连接起来，将同轴线中的TEM波转变成要测量的微波信号。 隔离器：隔离器是单向通过的，可以屏蔽反射波，保护信号源。 可变衰减器：用一个薄片插入波导，可以吸收微波的能量，衰减微波的功率，通过调节薄片插入深度来调整吸收能量的大小，在实验开始时将其调至最大值，保护后面的元件。实验过程中用来将微波功率衰减到适合测量的值（大约10-20mV）。 波长表：用来测量微波信号频率，本次实验用的波长表是吸收式波长表，当波长表的谐振腔与信号源谐振时，主波导中一部分能量被耦合到波长表谐振腔内，因此电表指示明显下降。电表指示最小时，波长表所对应的频率为信号源工作频率。 波导型晶体检波器：将波导中的微波信号转变成电流信号或电压信号，方便测量，本次实验中将信号转变成电压信号，再用万用表进行测量。 万用表：测量波导型晶体检波器输出的电压信号，从而得到微波功率。