实验三微波波导波长与频率的测量
实验三--微波波导波长与频率的测量
实验三--微波波导波长与频率的测量实验三微波波导波长与频率的测量、分析和计算一、实验目的(1)熟悉微波测量线的使用；(2)学会测量微波波导波长和信号源频率；(3)分析和计算波导波长及微波频率。
二、实验原理测量线的基本测量原理是基于无耗均匀传输线理论，当终端负载与测量线匹配时测量线内是行波；当终端负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。
根据驻波分布的特性，在波导系统终端短路时，传输系统中会形成纯驻波分布状态，在这种情况下，两个驻波波节点之间的距离即为波导波长的1/2 ，所以只要测量出两个驻波波节点之间的距离，就可以得到信号源工作频率所对应的波导波长。
方法一：通过测量线上的驻波比，然后换算出反射系数模值，再利用驻波最小点位置d min 便可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、网络特性等。
根据这一原理，在测得一组驻波最小点位置d1，d2，d3，d4… 后，由于相邻波节点的距离是波导波长的1/2，这样便可通过下式算出波导波长。
⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-+-=0min 10min 20min 30min 423421d d d d d d d d g λ(3-1)方法二：交叉读数法测量波导波长，如图 3-1 所示。
图 3-1 交叉读数法测量波节点位置为了使测量波导波长的精度较高(接近实际的波导波长)，采用交叉读数法测量波导波长。
在测试系统调整良好状态下，通过测定一个驻波波节点两侧相等的电流指示值 I 0 (可选取最大值的 20%)所对应的两个位置 d 1、d 2，则取 d 1、d 2 之和的平均值，得到对应驻波波节点的位置 d min1 。
用同样的方法测定另一个相邻波节点的位置 d min2 ，如图 3-1 所示，则 d min1 、 d mi n2 与系统中波导波长之间的关系为：)(21);(21432min 211min d d d d d d +=+= (3-2)1min 2min 2d d g -=λ(3-3)在波导中，还可利用下面公式计算波导波长： ()a g 2100λλλ-= (3-4) 式中，λ0为真空中自由空间的波长。
实验三微波波导波长与频率的测量
实验三微波波导波长与频率的测量摘要：本实验通过使用微波频率计和波导滑动短路板等设备，测量了微波波导的波长与频率之间的关系。
实验结果表明，微波波导的波长与频率呈线性关系，可以通过一定的测量方法确定微波波导的波长。
1.引言微波波导是一种广泛应用于微波通信和微波器件中的传输线路。
波导的基本特点是信号可以在其中以电磁波的形式传输，并且波导参数可以影响波导的传输性能。
其中，波导的波长和频率是两个重要的参数。
测量波导的波长和频率可以有效地评估波导的传输性能和应用范围。
2.实验原理微波波导内的电磁波的波长与频率之间存在一定的关系。
一般而言，波导的波长lambda可以通过以下公式计算得出：lambda = c/f其中，c为光速，f为波导的频率。
在实际测量中，可以通过使用微波频率计和波导滑动短路板来测量波导的频率和波长。
微波频率计可以根据输入的信号频率，直接测量得到波导的频率。
而波导滑动短路板则可以控制波导中的波长，通过移动短路板的位置，可以观察到引起的驻波现象。
当波导中存在驻波时，滑动短路板所移动的距离正好等于半个波长。
3.实验步骤3.1连接实验设备：将微波频率计与波导滑动短路板连接起来，确保连接正确并稳定。
3.2设置微波频率计：根据实验要求，设置微波频率计的工作频率范围，并将其调整到合适的工作状态。
3.3移动滑动短路板：在波导的一端，将滑动短路板移动到适当的位置，观察到波导中的驻波现象。
3.4测量驻波位置：通过滑动短路板的移动距离，准确测量驻波的位置，并记录下来。
3.5 计算波导的波长：根据实验数据，计算出波导的波长，使用公式lambda = 2 * d，其中d为驻波位置和波导起点之间的距离。
4.实验结果与分析通过实验测量得到的驻波位置数据，可以计算得到波导的波长。
将波导的波长与实际频率计测得的频率数据进行对比，可以观察到波导的波长与频率之间的线性关系。
实验结果表明，波导的波长与频率之间存在着确定的关系。
5.结论本实验通过测量微波波导的波长和频率，得出了波长与频率之间的线性关系。
1微波工作波长和波导波长测量
实验3.1 微波工作波长和波导波长测量微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，且应用极为广泛，因此对微波（波长1㎜到1ｍ的电磁波）的研究很重要。
通过本实验可了解微波的传播特点，微波在波导中的分布，及微波的基本测量方法。
一、 实验目的⒈了解微波在波导中的传播特点； ⒉学习驻波法和共振吸收法测量波长； ⒊ 掌握微波的基本测量方法。
二、实验仪器微波源、测量线、吸收式波长计、测量放大器、波导等。
三、实验原理：引起微波传播的空心金属管称为波导管。
常见的波导管有矩形波导管和圆柱形波导管。
在实际应用中，总是把波导设计成只能传输单一的波型：横电波TE 或横磁波TM 。
我们实验用的是矩形波导，它传播的是横电波TE 10 ，沿波导传播方向没有电场分量，磁场可以有纵向和横向分量。
⒈TE 10 型波在一个均匀、无限长和无耗的矩形波导中（长边宽度为 a =22.86mm,窄边宽度为 b ，如图1所示），沿Z 方向传播的TE 10 型波的各个场分量为：,)()sin(z t j x e a x a jH βωππβ-= ，0=y H ，)()cos(z t j z e axH βωπ-=0=x E ，)(0)sin(z t j y e axa j E βωππωμ--= ，0=y E 其中：ω为电磁波的角频率，f πω2= ，f 是微波频率；β为微波沿传输方向的相位常数g λπβ/2=；g λ 称为波导波长，2)(1cg λλλλ-=，f c /=λ称为工作波长即自由空间波长；a c 2=λ称为临界波长，只有c λλ<的微波才能在波导中传播。
TE 10型波的结构如图1z由以上分析可知工作波长λ是微波源发射的电磁波，在自由空间中传播的波长 。
波导波长λg 则是电磁波在波导中两侧壁来回反射，所形成电磁场场强沿波导传播方向的周期性分布，这种周期长度就对应于波导波长λg 。
⒉吸收式频率计：如图2所示，我们采用圆柱形吸收式频率计 测量工作波长。
微波实验报告
微波实验报告微波实验报告引言：微波是一种电磁波，波长在1mm到1m之间，频率范围为300MHz到300GHz。
微波在通信、雷达、医学、食品加热等领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过实际操作和观察，了解微波的特性和应用。
实验一：微波传播特性实验目的：观察微波在不同介质中的传播特性。
实验器材：微波发生器、微波接收器、不同介质样品（如玻璃、木头、金属等）。
实验步骤：1. 将微波发生器和接收器连接好，并设置合适的频率和功率。
2. 将不同介质样品放置在微波传播路径上，观察微波的传播情况。
实验结果：观察到微波在不同介质中的传播情况不同。
在玻璃中，微波能够较好地传播，而在金属中，微波会被完全反射或吸收。
实验二：微波反射和折射实验目的：观察微波在不同介质间的反射和折射现象。
实验器材：微波发生器、微波接收器、反射板、折射板。
实验步骤：1. 将微波发生器和接收器连接好，并设置合适的频率和功率。
2. 将反射板放置在微波传播路径上，观察微波的反射情况。
3. 将折射板放置在微波传播路径上，观察微波的折射情况。
实验结果：观察到微波在反射板上会发生反射，反射角等于入射角。
在折射板上，微波会发生折射，根据折射定律，入射角和折射角之间存在一定的关系。
实验三：微波干涉实验目的：观察微波的干涉现象。
实验器材：微波发生器、微波接收器、干涉板。
实验步骤：1. 将微波发生器和接收器连接好，并设置合适的频率和功率。
2. 将干涉板放置在微波传播路径上，观察微波的干涉情况。
实验结果：观察到微波在干涉板上会出现明暗相间的干涉条纹。
根据干涉现象的特点，可以推测微波是一种具有波动性质的电磁波。
实验四：微波加热实验目的：观察微波对物体的加热效果。
实验器材：微波发生器、微波接收器、食物样品。
实验步骤：1. 将微波发生器和接收器连接好，并设置合适的频率和功率。
2. 将食物样品放置在微波传播路径上，观察微波对食物的加热效果。
实验结果：观察到微波对食物样品有较好的加热效果，食物在微波的作用下能够迅速加热。
物理知识点波长和频率的实验研究
物理知识点波长和频率的实验研究波长和频率是物理学中重要的概念，它们在研究光学、电磁学、声学等领域中扮演着关键角色。
本文将通过实验研究，探讨波长和频率之间的关系。
首先，我们需要了解波长和频率的定义。
波长（λ）是波的长度，即波的一个完整周期所占据的空间距离。
频率（f）则是波的周期数，即在一秒钟内波的往复次数。
波长和频率之间有如下关系：速度（v） = 波长（λ） ×频率（f）为了验证以上关系式，我们设计了一个简单的实验。
我们使用一根绳子作为模拟波的媒介，通过手的左右运动来产生波动。
实验步骤如下：1. 准备一根较长的绳子，并固定在两个支撑物之间。
确保绳子处于水平状态，可以轻松摆动。
2. 注意确保实验环境的安全性，避免绳子碰到人或物体。
3. 取一张标尺，将其固定在绳子的一端。
标尺的刻度尽量细致，以提高实验结果的准确性。
4. 在保持绳子紧绷的状态下，迅速左右晃动手腕，产生一串连续的波动。
注意保持左右晃动的幅度和频率相同。
5. 观察绳子上的波动情况。
可以看到波浪形状的起伏，并且可以看到连续的波峰和波谷。
6. 使用标尺测量相邻两个波峰或波谷之间的距离，即波长（λ）。
7. 计算左右晃动手腕的次数，即每秒钟的晃动频率（f）。
8. 根据以上测量结果，计算波速（v）。
除了使用波速与波长和频率的关系式，还可以使用其他方法验证。
通过这个实验，我们可以验证波速与波长和频率之间的关系。
我们可以分别改变波长和频率的数值，观察波速的变化趋势。
此外，在实验中我们还可以观察到其他现象。
比如，波长越大，波的传播速度越慢；频率越大，波的传播速度越快。
这与波动理论的相关原理相吻合。
在实际应用中，波长和频率的关系十分重要。
例如，对于电磁波，不同波长的光具有不同的特性，比如可见光、红外线、紫外线等。
而对于声波，频率的不同决定了声音的音调高低。
总结起来，通过实验研究我们可以得出波长和频率之间的关系，并验证了波速与波长和频率之间的关系式。
微波技术实验报告
微波技术实验报告 Prepared on 22 November 2020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。
微波波导实验报告
一、实验目的1. 了解微波在波导中的传播特点；2. 学习驻波法和共振吸收法测量波长；3. 掌握微波的基本测量方法；4. 熟悉微波波导的基本结构及其工作原理。
二、实验原理微波波导是一种用于传输微波的介质波导，其内部电磁波以一定的方式传播。
在矩形波导中，电磁波主要沿波导轴向传播，同时在横截面上存在一定的电场和磁场分布。
根据电磁波的传播特性，可以通过测量波导中的驻波和共振吸收来研究微波的传播。
三、实验仪器与设备1. 微波波导实验装置；2. 驻波测量仪；3. 频率计；4. 信号发生器；5. 连接线；6. 测量尺。
四、实验步骤1. 连接仪器：按照实验要求连接好微波波导实验装置、驻波测量仪、频率计、信号发生器等仪器。
2. 调节频率：调整信号发生器的输出频率，使其接近微波波导的谐振频率。
3. 测量驻波：打开驻波测量仪，记录驻波图，通过分析驻波图确定波导中的驻波波长。
4. 测量共振吸收：调整信号发生器的输出频率，使其在微波波导的共振频率附近，观察共振吸收现象。
5. 测量波导尺寸：使用测量尺测量波导的长度、宽度和高度。
6. 数据处理：根据实验数据，计算微波在波导中的传播速度、波长等参数。
五、实验结果与分析1. 驻波测量结果：通过驻波测量仪，成功测量出微波在波导中的驻波波长。
根据驻波波长和波导尺寸，计算出微波在波导中的传播速度。
2. 共振吸收测量结果：在微波波导的共振频率附近，观察到明显的共振吸收现象。
通过分析共振吸收曲线，确定微波波导的共振频率。
3. 数据处理结果：根据实验数据，计算出微波在波导中的传播速度、波长等参数，并与理论值进行比较。
六、实验结论1. 通过实验，成功了解了微波在波导中的传播特点，验证了驻波法和共振吸收法测量波长的可行性；2. 掌握了微波的基本测量方法，为后续的微波技术研究和应用奠定了基础；3. 通过实验结果分析，验证了微波波导的理论模型，为微波波导的设计和优化提供了参考。
七、实验总结本次实验通过测量微波在波导中的传播速度、波长等参数，验证了微波波导的理论模型，为微波波导的设计和优化提供了参考。
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点图1 电磁波的分类1．波长短(1m —1mm)：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(10-9一10-12s)很短，已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s)可以比拟，甚至还小，因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、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。
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实验三微波波导波长与频率的测量、分析和计算
一、 实验目的
(1) 熟悉微波测量线的使用；
(2) 学会测量微波波导波长和信号源频率； (3) 分析和计算波导波长及微波频率。
二、 实验原理
测量线的基本测量原理是基于无耗均匀传输线理论，当终端负载与测量线匹配时测量
线内是行波；当终端负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。
根据驻波分 布的特性，在波导系统终端短路时，传输系统中会形成纯驻波分布状态，在这种情况下，两 个驻波波节点之间的距离即为波导波长的
1/2，所以只要测量出两个驻波波节点之间的距
离，就可以得到信号源工作频率所对应的波导波长。
方法一：通过测量线上的驻波比，然后换算出反射系数模值，再利用驻波最小点位置 d min 便可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、网络特性等。
根据这一原理，在测得一组 驻波最小点位置 d i , d 2, d 3,
d 4…后，由于相邻波节点的距离是波导波长的
1/2，这样便
可通过下式算出波导波长。
1
色沁.心皿.心^ (3-1)
2 1 4
3 2
方法二：交叉读数法测量波导波长，如图 3-1所示。
图3-1交叉读数法测量波节点位置
为了使测量波导波长的精度较高
(接近实际的波导波长)，采用交叉读数法测量波导波长。
在测试系统调整良好状态下，通过测定一个驻波波节点两侧相等的电流指示值 I 。
(可选取最
大值的20%)所对应的两个位置
d“ d 2,则取d“ d 2之和的平均值，得到对应驻波波节点
的位置d min1。
用同样的方法测定另一个相邻波节点的位置
d min2 ,如图3-1所示，贝U d min1、
d mi n2与系统中波导波长之间的关系为：
1 1
d
min1 =?© d 2)；d min2 二?^ d
4)
(3-2)
(3-3)
在波导中，还可利用下面公式计算波导波长:
—2 d min2 — d min1
(3-4)
式中，h为真空中自由空间的波长。
本实验中波导型号为BJ-100，其宽边为a =22.86 mm，代入上式计算出波导波长。
信号源工作频率f (对应工作波长h可由下式求得:
(3-5)
信号源工作频率亦可用吸收式频率计测量。
实验中采用的吸收式频率计连在信号源与检
波器之间。
当吸收式频率计失谐时，微波能量几乎全部通过频率计，此时选频放大器指示最
大。
使用时，缓慢旋转频率计套筒，即调节吸收式频率计，当调节频率计至谐振状态时，选频放大器指示表上观察到信号大小发生明显的变化，并达到最小处，此时一部分能量被频率
计吸收，并可以确定此时读得吸收式频率计上指示的频率即为信号源工作频率。
三、实验内容和步骤
1. 按图1-1所示连接微波测量系统，打开信号源、选频放大器的电源，将信号源设置在
方波调制工作方式，将衰减器调整到合适位置，使选频放大器输出指示不超过满量程，即使系统工作在最佳状态。
2. 测量线终端接短路板，从负载端开始旋转旋钮，移动测量线上探头座，使选频放大器指
示最小，此时即为测量线等效短路面，记录此时的探针初始位置，记作d minO,并记录数据；3. 继续旋转移动探头座位置，选择合适的驻波波节点，一般选在测量线的有效行程的中间
位置，并选择一个合适的检波指示值(I。
)，如图3-1中所示，然后按交叉读数法测量波导波长。
测量三组数据，取算术平均值作为波导波长的测量值，记入表3-1;
4. 将数据代入式(3-1)、式(3-2)计算出波导波长。
5. 用频率计测量信号源工作频率：缓慢旋转频率计套筒，即调节吸收式频率计，当调节频
率计至谐振状态时，选频放大器指示表上观察到信号大小发生明显的变化，并达到最小处，
此时一部分能量被频率计吸收，并可以确定此时读得吸收式频率计上指示的频率即为信号源工作频率。
读取频率值时，在频率计上两条水平红线之间读取竖向红线处的频率刻度值。
反复测3次，取其平均值，记入表3-2 。
6. 将频率计测量结果、波导波长测量结果及计算结果进行比较。
注意事项:
(1)频率计是用来测量频率的仪器，而不是用来调整频率的微波元器件。
测完频率后应将频率计调至失谐。
(2)波导波长的测量方法中要注意指示值不要太大，尽量不要在测量线的两端，而是放在测量线的中端进行测量，读数要仔细。
⑶测量波长时，测量线探针座位置应该向一个方向移动，以免引入机械回差。
四、实验结果及数据处理
探针初始位置d mino=79.72mm
2
计算得: 方法一:
表3-1 (b )方法二的测量波导波长数据记录表(单位
:
第1次测量:
2
r d 3 - d minO
-d ^dmin0 _d min0] = 45.44mm
第2次测量:
2
r d 3 - d
min 0 2 d - - d 2
皿 d_! -d min0] = 44.94mm 第3次测量: 2
r d 3 - dmin 0
d ■ ■ d
」——min0
-d min0] =45.81mm g
= 45.39mm
c
= 2a = 45.72mm
g \
= 32.21mm
g c
方法
d
min 1 第1次测量:
d
min 2
3 108
=9.313GHz
1 (d 1 d 2) =102.43mm
2
1
(d 3 d 4) = 124.51mm --d mi n2 mi n1
二 44.16mm
mm )
注：上表中
d min1
和d min 2为实际测量值。
1
d min1= 一^ +d2) = 102.59m m
第2次测量： 1 ，
-g = 2 d min 2 - d min 1 = 43.76mm d min2 =
(d3+d4)=124.47mm
2
1
d min1 = 一心+d2)= 102.50m m
第3次测量： 2 h g = 2d min2 —d min1 =44mm
d mi n2 = (d3+d4) =124.50mm
2
g = 43.97mm
c = 2a = 45.72mm
-p^=31.69mm
「g •，c
3 10 = 9.466GHz
表3-2频率测量数据记录表
频率测量次数 1 2 3
f (GHz) 9.368 9.366 9.368计算得:
第1次测量：3 108
0.032m f
第2次测量：3 108
0.032m f
第3次测量：3 108
0.032m
f
=32mm
f1 f2 f3
f 1 2 3=9.367GHz
3
经比较分析可知：方法一测量计算得波导波长为’g二45.39mm ,工作波长为
'=32.21mm，工作频率为f =9.313GHz ；方法二测量计算得波导波长为= 43.97mm，工作波长为■ = 31.69mm，工作频率为f =9.466GHz ;而频率计测量的工作频率为
f = 9.367GHz，计算得工作波长为■ =32mm。
计算值和测量值近似相等。
五、思考及体会：
测量线为什么在波导中心线开槽？
微波测量线是测量波导中微波电场分布的精密仪器，它的结构是一段在宽边中心线上开
槽的波导管和可沿槽线滑动的探针，它在微波测量中用途很广，可测驻波，阻抗，相位，波长等，测量线通常由一段开槽的传输线，探头，传动装置三部分组成，由于耦合探针伸入传
输线而引入不均匀性，其作用相当于在线上并联一个导纳，从而影响到系统的工作状态。
矩
形波导中的主模为TE10模,而由TE10的管壁电流分布可知，在波导宽边中线处只有纵向电流。
因此沿波导宽边的中线开槽不会因切断管壁电流而影响波导内的场分布，也不会引起波导内
电磁波由开槽口向外辐射能量。
小结：通过本次实验，我进一步熟悉了微波测量线的使用方法，学会了测量微波波导波
长和信号源频率，以及波导波长及微波频率的计算方法。