工程電磁場實驗第1頁，課件共26頁，創作于2023年2月

微波指的是分米波、厘米波和毫米波。頻率范圍的一種說法是300kHz-300GHz,相應波長是1m-1mm；另一種說法是1GHz-1000GHz,相應的自由空間的波長為30cm-0.3mm。第2頁，課件共26頁，創作于2023年2月微波測量技術的特點

微波波普處于無線電波普的高端，波長較短，因此帶來一系列的優點。因為波長短，使得同樣尺寸的天線具有較高的方向性和分辨能力，或相同性能的天線具有相對小的尺寸。第3頁，課件共26頁，創作于2023年2月

在微波波段，電波在大氣中衰減比較小（與紅外、光波相比較），并能夠穿過電離層。對于通信、雷達、遙感、遙測、全球定位系統（GPS,globalpositioningsatellites）等應用系統來說，微波確實提供了非常好的性能：低的大氣傳播衰減，高的輻射方向性和高的分辨率。

第4頁，課件共26頁，創作于2023年2月因為波長短，在相對頻率帶寬相同時，微波能提供較寬的可用的頻譜。例如，分米波段、厘米波段和毫米波段的頻譜寬度分別為2.7GHz、27GHz和270GHz，這是一個非常豐富的頻譜資源，必須很好地利用和配合。第5頁，課件共26頁，創作于2023年2月

因為波長短，使得微波設備的尺寸可以做的相對較小，便于安裝在飛機、導彈、衛星等各種飛行物中。正是由于微波的這些優點，微波工程在國防工業和信息產業中的地位變得至關重要，幾十年來對于微波波普的開發和利用經久不衰，而微波也從最初的軍事應用逐漸轉變到以民用為主。第6頁，課件共26頁，創作于2023年2月低頻和微波波段的電路實現的區別

微波技術是無線電技術向高頻發展形成的分支技術,微波測量技術是微波技術的輔助部分，它對微波技術的發展和應用起到很重要的作用。同其他尖端科學技術一樣，微波技術中有很多問題在理論上并沒有完全解決，微波理論是否正確，只有通過生產實踐和科學實驗才能加以驗證。例如，理論上可以計算出空腔諧振腔的品質因素，但由于實際加工生產出來的諧振腔不一定完全理想，因此，空腔諧振腔的品質因素仍然要由實際的測量結果決定，而根據實際測量的結果又可以進一步驗證理論計算。第7頁，課件共26頁，創作于2023年2月在微波元器件和微波設備的生產過程中，微波測量也是必不可少的。此外，在實際工作中，我們還常常需要知道振蕩器的振蕩頻率、輸出功率以及傳輸線的匹配情況。可見，在科學研究和生產實際中，微波測量技術是極其重要的環節。第8頁，課件共26頁，創作于2023年2月很多基本研究例如微波波普分析、粒子加速度等都要用到微波測量技術。因此，掌握微波測量技術是極其重要的。但必須指出，微波測量技術本身是建立在理論的基礎上。因此，掌握足夠的微波理論是正確地、靈活地應用微波測量技術的必要條件。第9頁，課件共26頁，創作于2023年2月微波技術主要研究如何引導電磁波在微波傳輸系統中的有效傳輸.它的特點是：希望電磁波按一定要求沿著傳輸系統無輻射地傳輸。因為對傳輸系統而言，輻射是一種能量的損耗。在一個大系統中，如通信系統、雷達系統、遙感系統或GPS中，微波工程系統通常是其中的一個子系統，其特征是微波系統工作在微波波段。第10頁，課件共26頁，創作于2023年2月微波技術是無線電技術向高頻發展而形成的分支，它與一般的無線電技術有著共同的基礎。因此，兩種測量有著共同之處，某些微波測量的方法也在低頻中應用（如駐波測量法），而低頻測量中的差頻法在微波測量中也能應用。微波測量的內容很多，實驗課中所進行的是微波基本量的測量。與一般的無線電測量相比較，微波測量具有很多不同的特點：第11頁，課件共26頁，創作于2023年2月（1）微波測量的基本量是功率、波長λ、駐波比S,而不是電壓V、電流I和電阻Z。在低頻時，無線電工程測量均建立在原始參量電壓、電流和頻率的基礎上，其他參量，如波長、功率、阻抗、品質因數和放大系數等均可由這三個基本量導出。然而，隨著頻率提高到微波波段，電壓、電流不僅失去了原來的意義，而且根本無法直接測量，所以，電壓、電流不能再作為微波測量的基本參數。第12頁，課件共26頁，創作于2023年2月微波的重要特點是頻率高，波長短（和電路的尺寸差不多甚至更小），電磁場的空間效應不能忽略，因此不能像低頻那樣用電路的概念和方法來處理問題，而是必須采用場的概念來研究微波問題。因此，微波測量的基本量是以場強為基本量的駐波比、功率、波長等，而其他參量如阻抗（或導納）、衰減系數、增益和品質因素等，原則上都可以由基本量導出。

功率一般是借助能量變換裝置，將微波電磁能變換成其他形式的能量來測量，而不是從電壓和電流出發來進行計算的；波長則往往根據電磁場的駐波分布直接進行長度的測量；阻抗測量是通過測量駐波比以及駐波最小點至負載的距離，從而確定阻抗；衰減量的測量則可以轉化為功率的測量；諧振腔Q值的測量可以轉化為頻率和駐波比的測量等。第13頁，課件共26頁，創作于2023年2月用分布參數的元器件代替集中參數的元器件在低頻時，每一個元器件都有特定的電參數值，如電阻、電容、電感等。在微波段，由于頻率高，波長同一般電子元器件的尺寸差不多，故一般的接線或普通的電子元件就相當于天線，將會產生嚴重的輻射。因此，在微波電路中，一般低頻集中參數的電阻、電容和電感已不能使用，而應以閉合的波導管、空腔諧振器以及各種類型的波導元件來代替一般的傳輸線、振蕩回路和電路元件。第14頁，課件共26頁，創作于2023年2月(3)在低頻和微波波段的電路實現具有很大的區別。

開路：不接任何元器件就可以在低頻時實現開路；在微波波段，如果不接元器件，則從開路處會有微波輻射出去，因此要用到可調短路器才可以實現真正的開路，在短路時再移動1/4個波長就可以實現開路。短路：在低頻時，用一根導線就可以實現短路；在微波段，需要用一個短路板或可調短路器來實現短路。第15頁，課件共26頁，創作于2023年2月匹配：在低頻時，調節電壓和電流可以實現匹配；在微波波段，需采用各種匹配器，調節可調螺釘來實現匹配。濾波：在低頻時，實現濾波的電路非常容易；在微波段，采用傳輸線的實現方式，如波導、同軸線、帶狀線和微帶等，用這些傳輸線的電抗元件可實現濾波器的四種頻率變換（低通、高通、帶通、帶阻）。第16頁，課件共26頁，創作于2023年2月諧振：低頻時，用電容、電感實現諧振；在微波段，采用諧振腔，其等效電路是等效為電容、電感來實現諧振的。(4)機械加工要求十分嚴格。對于波導管來說，內壁要求十分光滑，需要鍍金或銀，內壁的光滑度對測量結果影響很大。(5)理論性強。微波測量本身有一套完整的系統理論，是一門獨立系統的課程。第17頁，課件共26頁，創作于2023年2月微波測量系統的認識與調試微波測量系統微波測量一般都是在微波信號源和若干波導或同軸元件組成的微波測量系統上進行的，根據信號源輸出功率電平的大小，可分為小功率和大功率兩類微波測量系統，其中大功率波導測量系統主要用來測量大功率微波管的特性。第18頁，課件共26頁，創作于2023年2月微波測量系統通常由以下部分組成，圖所示的是一種較常用的小功率波導測量系統。圖中信號源產生的微波信號通過同軸-波導轉換進入測量系統。隔離器作為去耦合衰減器，防止反射波進入信號源，影響其輸出功率與頻率的穩定。可調衰減器用來調節輸出功率的大小，使指示器有適當的指示。正接的定向耦合器從主波導中分出部分功率到副波導中，供監視功率和測量頻率之用。

第19頁，課件共26頁，創作于2023年2月6.5.4測量線技術測量線是微波測量中的常用儀器,它在微波測量中用途很廣，不僅可以用來測量傳輸線上的駐波場分布,還可以測量波長、阻抗、衰減、相位移、Q值等微波參量，有“微波萬用表”之稱。其使用方便、靈活,具有一定精度，因而在微波測量中有廣泛應用。第20頁，課件共26頁，創作于2023年2月

微波實驗內容

微波測量系統的連接、調整與頻率檢查本實驗內容主要解決以下內容：1.熟悉測量裝置中各種微波元件和它的作用。2.熟悉微波信號源的工作方式和信號檢測3.用吸收式頻率計測量工作頻率f0實驗所依據的簡單原理第21頁，課件共26頁，創作于2023年2月探針電路調諧

當波導中存在不均勻性或負載不匹配時，波導中將出現駐波。測量駐波特性的儀器為駐波測量線（簡稱測量線）。探針調節的方法是將探針穿透深度放在適當位置（通常在1.5～2mm，出廠時已調整并加鎖定套）。然后調節探頭的調諧活塞（側立小園盤）使選放指示最大，調諧的過程就是減小探針反射對駐波圖形的影響和提高測量系統靈敏度的過程，這是減小駐波測量誤差的關鍵，必須認真調整。另外當改變信號發生器頻率或探針插入深度時，由于探針電納Yp相應改變，必須重新進行探針調諧。第22頁，課件共26頁，創作于2023年2月信號源方波調制及選頻放大器功能利用：

為了便于觀察及分析信號量化，在微薄信號源中調制1kHz方波，經檢波后輸入到選頻放大器中（選放相當于1kHz頻率，16Hz帶寬，0～60dB增益的放大器）。其表頭上有0～1000刻度，電流量（α值）及0～10dB的分貝值及駐波比1～4及4～10二檔的刻度值，可不需要計算而直接讀出，大大省略了測量步驟。因此在開機后務請切換至方波調制檔才能正常工作。第23頁，課件共26頁，創作于2023年2月測試方法檢查儀器是否連接正確，參照基本系統連接方框圖開機檢查YS1125，頻率是否顯示正常，并調到9.37GHz，工作狀態須選擇在“等幅”或“方波”處，方波頻率是否在1000Hz處（系統若使用YS1124信號發生器時，只要打開YS1124電源后，前面板顯示9.37GHz，此時輸出為等幅信號，當按動“選擇”鍵，面板方波燈亮，說明此時工作于1kHz方波調制狀態）。對YS1125而言，

工作狀態鎖定在“方波”處。第24頁，課件共26頁，創作于2023年2月將YS3892選頻放大器增益放大選擇位置調至40dB處，頻率微調使表針最大，并調諧TC26的探頭，能在YS3892表頭讀數最大。若表針超過刻度可調節增益電位器減小指示，或將放大選擇調至30dB處。譯動TC26探針平臺，可觀察到從大到小及從小到大的周期變化（即波腹與波節交替出現）此時系統即處于正常待測狀態。此時調節YS3892增益電位器使表針處于滿刻度處，旋轉PX16上的黑蓋，在9.3～9.4GHz處放慢旋轉動作，會有一個明顯表針跌落，該跌落處即是實際頻率點。觀察二條紅色滑標與豎紅線的交叉點“≠”處，正確讀出刻度值。為鞏固知識，可選擇在9.37GHz、8.6GHz、9GHz、9.6GHz再重復上述步驟，讀取各實際頻率并作記錄。第25頁，課件共26頁，創作于2023年2月f（GHz）8.6GHz9