微波的传输特性和基本测量
微波的技术实验
微波技术实验微波技术是近代发展起来的一门尖端技术，以其高效、均匀、节能、环保等诸多优点受到普遍关注，在科学研究中也是一种重要的观测手段，并广泛应用于国防军事、科学研究、医疗卫生等领域。
随着社会向信息化、数字化的迈进，作为无线传输信息的主要手段，微波技术将发挥更为重要的作用。
本实验旨在通过观测微波的产生和传播的特性，使同学们了解微波的基本知识，掌握常用微波元器件的原理和使用方法，学习若干种微波测量方法，并理解微波通信的基本原理，为从事与微波有关的工作打下基础。
一、微波的性质微波是无线电波中波长最短的电磁波，其波长在1mm～1m范围，频率范围处于光波和广播电视所采用的无线电波之间，为300MHz～300GHz。
微波又分为分米波、厘米波和毫米波。
微波具有电磁波的一切特性，但因其波长的特殊性，微波在产生、传输、接收和应用等方面跟其他波段很不相同，具有下述几个独特的性质，主要表现在：（1）波长短。
其波长比地球上一般物体的几何尺寸小得多或在同一数量级上，具有直线传播的特性。
利用这个特点能在微波波段制成方向性极强的无线系统，也可以接收到地面和宇宙空间各种物体发射回来的微弱回波，从而确定物体的方位和距离，广泛用于通信、雷达、导航等领域。
（2）频率高。
微波的频率很高，电磁振荡周期（10-9~10-12s）很短，与电子在电真空器件中的渡越时间相似。
因此，低频的电子器件在微波阶段都不能使用，而必须采用原理上完全不同的微波电子管、微波固体器件和量子器件来代替。
在不太大的相对带宽下可用带宽很宽，所以信息容量大。
此外，作为能量，可用于微波加热、微波武器等。
（3）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，能被很多的原子分子吸收或发射，成为研究物质结构的重要手段，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极为准确的分子钟与原子钟。
（4）似光性，微波介于一般无线电波与光波之间，它不仅具有无线电波的性质，还具有光波的性质，以光速直线传播，有反射、衍射、干涉等现象。
微波实验
【实验题目】微波传输特性和基本测量【实验目的】1.学会使用基本微波器件，了解微波振荡源的基本工作特性和微波的传出特性。
2.掌握频率，功率以及驻波比的测量。
【实验仪器】固态源，隔离器，衰减器，频率计检流计微瓦功率计和驻波测量线等【实验原理】1.耿氏二极管振荡器耿氏二极管振荡器的核心是耿氏二极管。
主要是基于n型砷化镓的导带双谷——高能谷和低能谷。
在n型砷化镓样品的两端加上直流电压，当电压较小时样时，随电压增高电流反品电流随电压的增高而增大；当电压超过某一临界值Vth而减小（这种随电场的增加电流下降的现象称为负阻效应。
）2．微波传输线常用的微波传输线有同轴传输线，波导传输线，微带传输线等。
由于辐射损耗，介质损耗，承受功率和击穿电压的影响，同轴线和微带线的使用受到一定限制，而波导传输线由于无辐射损耗和外界干扰，结构简单，击穿强度高等特点在微波段得到了广泛的应用。
矩形波导是一个横截面为矩形a*b的均匀，无耗波导管，实验室常用波导管，宽边a=22.86mm，窄边b=10.16mm。
3.微波谐振腔谐振腔是一段封闭的金属导体空腔，具有储能，选频等特性。
常用的谐振腔有矩形和圆柱形两种。
矩形谐振腔由一段长度L为λg/2的整数倍的矩形波导管，两端用金属片封闭而成。
其输入和输出的能量通过金属片的小孔耦合。
4.微波传输特性在微波波段中，为了避免导线辐射损耗和趋肤效应的影响，一般采用波导作为微波传输线微波在波导中传输具有横电波TE，横磁波TM和横电波与横磁波混合波三种。
矩形波导是较常用的传输线之一，它能传输各种波形的TE，TM波。
波。
微波实验中使用的标准矩形波导管，通常采用的传输波型是TE10波导中存在入射波和反射波，描述波导管中匹配和反射程度的物理量是驻波比或反射系数。
依据终端负载的不同，波导管具有三种工作状态。
（1）匹配负载——不存在反射波，波导中呈现行波状态（2）短接片——终端全反射，波导中呈现纯驻波状态（3）一般情况下——混波状态。
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。
微波辐射测量的原理是
微波辐射测量的原理是微波辐射测量的原理主要涉及到电磁辐射的基本原理和微波辐射的性质。
首先，我们需要了解电磁辐射是由电场和磁场的波动所构成的，可分为几个频段，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
微波辐射正是其中的一种频段，其频率范围通常为1 GHz到300 GHz。
微波辐射是一种短波电磁辐射，具有许多特殊性质。
首先，微波可以在大气中传播，而且透过许多物质，如玻璃、塑料和纸张等。
其次，微波波长大约在1mm 到1m之间，因此对于大多数实验室来说，可以使用常用的微波设备进行测量。
此外，微波具有较高的传输速率和穿透性，使其在通信和雷达等领域得到广泛应用。
微波辐射测量的原理主要基于以下几个方面：1.微波辐射的散射特性：微波在物体上的散射特性与物体的形状、大小和电磁特性等因素有关。
当微波照射到物体上时，物体表面会发生反射、折射和散射等现象，这些现象会影响微波辐射的传播和接收。
2.微波辐射的吸收特性：物体对微波辐射的吸收特性取决于其物理、化学和电磁特性等因素。
不同物质对微波的吸收率不同，吸收率高的物质吸收微波辐射的能量多，而吸收率低的物质则对微波辐射的能量几乎不进行吸收。
3.微波辐射的传输特性：微波辐射在空气和其他物质中的传输特性是影响微波辐射测量的重要因素。
微波在传输过程中会受到反射、折射、散射和吸收等影响，因此需要在测量中考虑这些传输过程的影响。
基于以上原理，微波辐射的测量可以通过以下几种方式进行：1.微波辐射计：微波辐射计是一种专门用于测量微波辐射强度的仪器。
它通常基于微波辐射与散射、吸收和传输特性的关系，通过测量微波辐射的强度和频率等参数来得到辐射的相关信息。
2.微波辐射接收器：微波辐射接收器是一种用于接收和解析微波辐射信号的设备。
它通常包括天线、放大器、滤波器和接收器等组件，可以将接收到的微波辐射信号转换为电信号，并通过信号处理等方法得到辐射的相关信息。
3.微波辐射成像技术：微波辐射成像技术可以将微波辐射转换为图像信息，以显示物体的形状、位置和特征等。
微波基本参数的测量
微波基本参数的测量引言一 实验目的1 熟悉和掌握微波测试系统中各种常用设备的结构原理及使用方法；2 掌握微波系统中频率、驻波比、功率等基本参数的测量方法；3 按要求测出测量线中的驻波分布；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) 色散波的特点：由于TE 波及TM 波与TEM 波的性质不同。
色散波就有其自身的特点： (a) 临界波长cλ ：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 TE 波或mm TM 波的临界波长公式为：22)()(2bn a m c +=λ （1）(b)波导波长gλ和相速V 、群速Vc ：色散波在波导中的波长用gλ表示。
微波技术实验指导书
微波技术实验指导书内蒙古工业大学信息工程学院电子系2009年8月目录实验一、微波传输线频率和波长的测量................................... - 2 - 实验二、微波传输线驻波比的测量 .......................................... - 8 -实验三、衰减的测量............................................................... - 16 -实验要求一、预习要求：实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。
1.认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的计算。
2.复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。
3.熟悉实验任务，完成各实验“预习要求”中指定的内容，写好预习报告。
二、实验要求：1.使用仪器前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。
2.实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味)应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。
找出原因、排除故障后，经指导教师同意再继续实验。
3.在进行微波测试时，终端尽量不要开口，以防止微波能量泄露。
4.实验过程中应仔细观察实验现象，认真纪录实验结果(数据、波形、现象)。
所纪录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。
5.实验结束后，必须关断电源，并将仪器、设备、工具等按规定整理。
6.实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告并按时上交。
实验一、微波传输线频率和波长的测量一、实验目的1．学会使用基本微波器件。
2．了解微波振荡源的基本工作特性和微波的传输特性。
3．学习利用吸收式测量频率和波长的方法；4．掌握用测量线来测量波长和频率的方法。
二、实验原理1．微波的传输特性为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响，采用标准矩形波导管为微波传输线，并用TE10波型。
波导管具有三种工作状态：①当终端接“匹配负载”时，反射波不存在，波导中呈行波状态；②当终端接“短路片”、开路或接纯电抗性负载时，终端全反射，波导中呈纯驻波状态；③一般情况下，终端是部分反射，波导中传输的既不是行波，也不是纯驻波，而是呈行驻波状态。
实验5微波的传输特性和基本参数测量
实验五微波的传输特性和基本测量0 前言在微波测量技术中,微波测量的主要内容是频率、驻波比、功率等基本参数。
在微波工程设计中，多数情况下由于边界条件的复杂性，理论分析往往只能获得近似解，最终要通过微波测量来解决，因此，掌握微波测量技术对今后实际科研工作是非常有用的。
1 实验目的(1)初步了解微波测量系统，了解微波器件的使用和特性。
(2)了解微波测量技术，微波的传输特性。
(3)熟悉测量微波的基本参数：频率、驻波比。
(4)了解微波波导波长以及自由空间波长之间的关系。
2 原理2.1 频率的测定由于波长与频率满足关系λ=c/f,因此波长的测量和频率的测量是等效的。
在分米波和厘米波波段，频率的测量常采用谐振腔式波长计，而谐振腔波长计又可分两种：即是传输型谐振腔波长计和吸收型谐振腔波长计。
传输型谐振腔有两个耦合元件，一个将能量从微波系统输入谐振腔，另一个将能量从谐振腔输出到指示器。
当谐振腔调谐于待测频率时，能量传输最大，指示器的读数也最大。
吸收式波长计的谐振腔只有一个输入端与能量传输线路衔接，调谐是从能量传输线路接收端指示器读数的降低看出。
本实验所用的是吸收式波长计：如图（5—1）所示。
此波长计由传输波导与圆柱形谐振腔构成。
连接处利用长方形孔作磁耦合，螺旋测微计（读数结构）在旋转时与腔内活塞同步。
利用波长表可以测量微波信号源的频率。
当构成波长计的空腔与传输的电磁波失谐时，它既不吸收微波功率，也基本不影响电磁波的传输。
这种当谐振腔内活塞移动到一定位置，腔的体积正好使腔谐振于待测信号的频率，就有一部分电磁波耦合到腔内并损耗在腔壁上，从而使通过波导的信号减弱，即旋转波长表的测微头，当波长表与被测频率谐振时，将出现吸收峰。
反映在检波指示器上是一跌落点，此时读出波长表测微头的读数，再从波长表频率对照表上查出对应的频率。
如图（5—2）为不同谐振腔波长计的谐振曲线。
图5—１ 吸收式波长计图5—2 谐振腔波长计谐振曲线(a)为传输型谐振腔波长计谐振曲线 (b)为吸收型谐振腔波长计谐振曲线2.2 波导波长以及驻波比的测量：关于驻波比，定义为波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场之比。
完整微波基本参数测量实验报告
（完整）微波基本参数测量实验报告微波基本参数测量实验报告【引言】微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。
微波成为一门技术科学，开始于20世纪30年代。
微波技术的形成以波导管的实际应用为其标志，若干形式的微波电子管(速调管、磁控管、行波管等)的发明，是另一标志。
在第二次世界大战中，微波技术得到飞跃发展。
因战争需要，微波研究的焦点集中在雷达方面，由此而带动了微波元件和器件、高功率微波管、微波电路和微波测量等技术的研究和发展。
至今，微波技术已成为一门无论在理论和技术上都相当成熟的学科，又是不断向纵深发展的学科。
【实验设计】一、实验原理1、微波微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。
微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。
微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。
微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。
对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。
对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热，微波炉就是利用这一特点制成的，而对金属类东西，则会反射微波。
2、微波的似声似光性微波波长很短，比地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）尺寸相对要小得多。
使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。
因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减小，使系统更加紧凑；可以制成体积小，波束窄方向性很强，增益很高的天线系统，接受来自地面或空间各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体方位和距离，分析目标特征。
由于微波波长与物体（实验室中无线设备）的尺寸有相同的量级，使得微波的特点又与声波相似，即所谓的似声性。
3、波导管波导管是一种空心的、内壁十分光洁的金属导管或内敷金属的管子。
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其中Ema和Emin分别表示波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场强度.
实脸中通常采用测量线来测定波导
波长和驻波比，其结构如图8.11所示．
使用驻波测量线进行测量时．要考虑探针在开槽波导管内有适当的穿伸度，探针穿伸度一般取波导窄边宽度的5℅～10℅．实验前应注意驻波测量线的调谐．使其既有最佳灵敏度， 又使探针对微波通路的影响降至最低．一股是将测量线终端短接．形成纯驻波场．移动探针置于波腹点．调节测量线，使得波腹点位置的检波电流最大,反复进行多次.
a)大驻波比(ｐ>6)，的测量．在大驻波比的三种情况下，检波电流Imax与Imin相差太大，在波节点上检波电流极微，在波腹上二极管检波特性远离平方律，故不能用(8．1 .2)式计算驻波比ｐ,可采用“二倍极小功率法”．如图8.1.2所示,
利用驻波测量线测量极小点两旁功率为其二倍的点坐标,进而求出d,则
3．微波功率的测量．微波功率是表征微波信号强弱的一个物理量．通常采用替代或比较的万法进行测量．也就是将微波功率借助于能量转换器转换成易于测量的低频或直流物理量．来实现微波功率的测量．实验室中通常采用吸收式微瓦功率计(如GX2A)．在功率计探头表面。用两种不同金属喷镀在薄膜基体上形成热电堆，放在同轴线的电场中间．它既是终端吸收的负载,又是热电转换元件．在未输入微波功率时．热电堆节点之间没有有温差，因而没有输出；当输入微波功率时，热电元件吸收微波功率使热电堆的热节点温度升高.．这就与冷节点产生温差而引起温差电动势(微弱的直流电势)，且该元件产生的直流电势是与输入微波功率成正比例的．热电堆输出的微弱直流讯号再输入到一只高灵敏度的直流放大器作功翠直读指示．
b)中驻波比(1.5≤P≤6)的测量．中驻波比的情况可直接根据式(8.1.2)计算,
c)小驻波比(1.005≤ｐ≤1.5)的测量.在小驻波比情况下,驻波极大值点与极小值点的检波电流相差细微,因此采用测量多个相邻波腹与波节点的检波电流值，进而取平均的方法．
(2)波导波长的测量．波导波长在数值上为相邻两个驻波极值点(波腹或波节)距离的两倍．由于场强在极大值点附近变化缓慢，峰顶位置不易确定，买际采用测定驻波极小点的位置来求出波导波长．考虑到驻波极小点附近变化平缓，因而测量值不够准确．为此，测量时通常不采取直接测量驻波极小点位置的方式，而是通过平均值间接测量.亦即测极小点附近两点(此两点在指示器上的输出幅度相等)的坐标,然后取这两点坐标的平均值,即得极小点坐标.如图8.1.3所示,
2．微波频率的测量．微波的频率是表征微波倌号的一个重要物理量．频率的测量通常采用数字式频率计或吸收式频率计进行测量．下面主要介绍较常用的吸收式频率计计的工作原理．当调节频率计，使其目身空腔的固有频率与微波信号频率相同时，则产生谐振，此时通过连在微波通路上的微安表或功率计可观察到信号幅度明显减小的现象．注意，应以减幅最大的位置作为判断画频率测量值的依据．
两个相邻极小点的距离为半个波导波长λg,测量计算公式为
其中(x′1,x"1)、(x′2,x"2)分别为极小值点两旁输出幅度相等得两点坐标.
三、实验仪器：
实验装置如图8．1.4所示．其中微波振荡源为反射速调管振荡器或固态源，整个微波测量线路由3cm波段波导元件组成．其主要元件为隔离器．衰减器．频率计．检流计(示波器)、微瓦功率计和驻波测量线等．
四、实验内容和步骤：.
1．熟悉有关仪器的基本原理和使用方法，连接好仪器。
2．打开标准信号发生器的电源，电流调零，输出功率调到中档，输出频率调到10GHZ。信号工作方式置于“内方波”，重复频率用“X10档”1KHZ左右。
3．将选频放大器衰减档置于40dB档位，输入阻抗置200Ω，通频带置于32HZ。
4．将选频放大器接到晶体检波器输出端，缓慢旋转频率计在10GHZ左右，当输出幅度降低到最低时候的频率，就测得信号源的输出频率。
实验名称：微波的传输特性和基本测量
一、实验目的
要求学会使用基本微波器件。
了解微波振荡源的基本工作特性和微波的传输特性。
掌握频率、功率以及驻波比等基本量的测量．
二、实验原理：
1.微波的传输特性．在微波波段，为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响，一般采用波导作为微波传输线．微波在波导种传输具有横电波(TE波)，．横磁波(TM波)和横电波与横磁波的混合波三种形式．矩形波导是较常用的传输线之一,它能传输各种波型的横电波(TE波)，横磁波(TM波)．微波实验中使用的标准矩形波导管，通常采用的传输波型是TE-1o波．
(1) 驻波比的测量．由于终端负载不同, 驻波比ｐ也有大中小之分，因此，驻波比测量的首要问题是，根据驻波极值点所对应的检波电流0，粗略估计驻波比ｐ的大小.在此基础上,再作进一步的精确测定．实验中微波信号比较弱，可认为检波晶体(微波二极管)符合平方律检波,即I∝V2．若不然，需进行修正．依据公式
求出P的粗略值后，再按依照驻波比的三种情况,进一步精确测定P值．
波寻中存在入射波和反射波，描述波寻管中匹配和反射程度的物理量是驻波比或反射系数．依据终端负载的不同．波导管具有三种工作状态：
(1)当终端接“匹配负载”时．反射波不存在，波导中呈行波状态；
(2)，当终端接”短路片”．开路或接纯电抗性负载时,终端全反射，波导中呈纯驻波状态;
(3)一般情况下，终端是部分反射,波导中传输的既不是行波，也下是纯驻波，而是呈行驻波状态．
8．标准信号源仍开机不动。将功率计开机调整，并将校准因子调节好（例信号源为10。0GHZ时，标准因子调95%），再接上 探头。然后把GX2-T3功率探头与信号源和功率计连接，慢慢增大信号源的输出功率，当输出最大时记录所测功率。测量完毕，一定要先拆下功率探头，再关功率计和信号源。
5．将选频放大器接到TC26测量线上，测量端口接上可变短路器，缓慢移动测量探针，测出两个相邻极小点附近辐度相等的两点坐标，用平均值方法，计算波导波长 （也可用可变短路器直接测），测二组。
6．线路同步骤5。用短路器测驻波比，测三组，（一般在1.5≤ρ≤6）。
7．用匹配负载换下短路器，测小驻波比，测三组。