學院：班級：
組員一：
學號：組員二：
學號：實驗一：微波測量系統的使用和訊號源波長功率的測量
一， 實驗目的
（1）學習微波的基本知識；
（2）了解微波在波導中傳播的特點，掌握微波基本測量技術；
（3）學習用微波作為觀測手段來研究物理現象。
二， 實驗原理
本實驗接觸到的基本儀器室駐波測量線系統，用於駐波中電磁場分布情況的測量。該系統由以下幾個部分組成：
1，波導測量線裝置
2，晶體檢波器
微波測量中，為指示波導（或同軸線）中電磁場強度的大小，是將它經過晶體二極體檢波變成低頻訊號或直流電流，用直流電流錶的電流來讀數的。
3，波導管
本實驗所使用的波導管型號為bj-100。
4，隔離器
位於磁場中的某些鐵氧化體材料對於來自不同方向的電磁波有著不同吸收，經過適當調節，可使其對微波具有單方向傳播的特性，隔離器常用於振盪器與負載之間，起隔離和單向傳輸的作用。
5，衰減器
把一片能吸微波能量的吸收片垂直於矩形波導的寬邊，縱向插入波導管即成，用以部分衰減傳輸功率，沿著寬邊移動吸收片可改變衰減量的大小。衰減器起調節系統中微波功率從以及去耦合的作用。
6，諧振式頻率計（波長表）
電磁波通過耦合孔從波導進入頻率計的空腔中，當頻率計的腔體失諧時，腔裡的電磁場極為微弱，此時，它基本不影響波導中波的傳輸。當電磁波的頻率計滿足空腔的諧振條件時，發生諧振，反映到波導中的阻抗發生劇烈變化，相應地，通過波導中的電磁波訊號強度將減弱，輸出幅度將出現明顯的跌落，從刻度套筒可讀出輸入微波諧振時的刻度，通過查表可得知輸入微波諧振頻率。
7，匹配負載
波導中裝有很好地吸收微波能量的電阻片或吸收材料，它幾乎能全部吸收入射功率。
8，環形器
它是使微波能量按一定順序傳輸的鐵氧體器件。主要結構為波導y型接頭，在接頭中心放一鐵氧體圓柱（或三角形鐵氧體塊），在接頭外面有「u」形永磁鐵，它提供恆定磁場h0。
9，單螺調配器
插入矩形波導中的乙個深度可以調節的螺釘，並沿著矩形波導寬壁中心的無輻射縫作縱向移動，通過調節探針的位置使負載與傳輸線達到匹配狀態。調匹配過程的實質，就是使調配器產生乙個反射波，其幅度和失配元件產生的反射波幅度相等而相位相反，從而抵消失配元件在系統中引起的反射而達到匹配。
10，微波源
提供所需微波訊號，頻率範圍在8.6-9.6ghz內可調，工作方式有等幅、方波、外調製等，實驗時根據需要加以選擇。
11，選頻放大器
用於測量微弱低頻訊號，訊號經公升壓、放大，選出1khz附近的訊號，經整流平滑後輸出級輸出直流電平，由對數放大器展寬供給指示電路檢測。
三， 實驗內容和實驗步驟
1.觀察測量系統的微波儀器連線裝置，衰減器，波長計，波導測量線的結構形式。
2.熟悉訊號源的使用
先將訊號源的工作方式選為：等幅位置，將衰減至於較大位置，輸出端接相應指示器，觀察輸出；再將訊號源的工作方式選為：方波位置，將衰減至於較大位置，輸出端接相應指示器，觀察輸出；
3.熟悉選頻放大器的使用；
4.熟悉諧振腔波長計的使用方法；
微波的頻率測量是微波測量的基本內容之一。其測量方法有兩種：（1）諧振腔法；（2）頻率比較法。
本實驗採用諧振腔法。由於波長和平率直接滿足關係，所以頻率和波長的測量是等效的。吸收式波長計的諧振腔，其只有乙個輸入端和能量傳輸線路相連，調諧過程可以從能量傳輸線路接收端指示器讀數的降低可以判斷出來；本實驗採用了吸收式波長計測量訊號源頻率，為了確定諧振頻率，用波長表測出微波訊號源的頻率。
具體做法是：旋轉波長表的測微頭，當波長表與被測頻率諧振時，將出現波峰。反映在建波指示器上的指示是一跌落點，此時，讀出波長表測微頭的讀數，再從波長表頻率與刻度曲線上查出對應的頻率；
5.按實驗書框圖連線微波實驗系統；
6.微調單旋調配器，事腔偏離匹配狀態（出於匹配狀態時，電流會達到乙個最小值），檢波電流計上有一定示數（大於最小值）；
7.調節波長計使檢波電流計再次出現最小值的時候，讀出此處波長計的刻度值；
8.按照波長計的刻度值去查詢「波長計-頻率刻度對照表」，就可以得到對應的訊號源頻率值；
9.改變訊號頻率，從8.6g開始測到9.6g，每隔0.1g測量一次，記錄在資料**中。
四， 實驗結果和分析
**資料結果如下圖所示：
誤差分析：
1.f0為訊號源頻率值；f1為查表得到頻率；f=|f0-f1|為訊號源誤差。本實驗的資料如**中所示：
f=|f0-f1|的誤差很小在可控範圍0.009~0.044內，所以認為實驗成功。
2.產生誤差的原因為：①儀器測量自身產生的誤差：
畢竟是用了很久的儀器，而且連線的器件也很多，所以誤差在所難免；②人為誤差：在讀資料時需要幾個人的配合，調節波長表的測微頭，觀察電流錶指標變化是兩個人，可能會使資料有誤差，加之在讀數上也會有人為誤差；
實驗二：波導波長的測量
一， 實驗內容
波導波長的測量
【方法一】兩點法
實驗原理如下圖所示：
圖1按上圖連線測量系統，可變電抗可以採用短路片，在測量線中入射波與反射波的疊加為接近純駐波圖形，只要測得駐波相鄰節點得位置l1、l2，由公式即可求得波導波長。
兩點法確定波節點位置
將測量線終端短路後，波導內形成駐波狀態。調探針位置旋鈕至電壓波節點處，選頻放大器電流錶表頭指示值為零，測得兩個相鄰的電壓波節點位置（讀得對應的游標卡尺上的刻度值t1和t2），就可求得波導波長為：
=2|t』min– tmin|
由於在電壓波節點附近，電場（及對應的晶體檢波電流）非常小，導致測量線探針移動「足夠長」的距離，選頻放大器表頭指標都在零處「不動」（實際上是眼睛未察覺出指標有微小移動或指標因惰性未移動），因而很難準確確定電壓波節點位置，具體測法如下：把小探針位置調至電壓波節點附近，盡量加**頻放大器的靈敏度（減小衰減量），使波節點附近電流變化對位置非常敏感（即小探針位置稍有變化，選頻放大器表頭指示值就有明顯變化）。記取同一電壓波節點兩側電流值相同時小探針所處的兩個不同位置，則其平均值即為理論節點位置：
tmin（t1+t21a）
最後可得=2|t』min– tmin1b）
兩點法確定波節點位置示意圖
圖2【方法二】間接法
矩形波導中的h10波，自由波長λ0和波導波長λg滿足公式：
其中：λg=3108/f ,a=2.286cm
通過實驗測出波長，然後利用儀器提供的對照表確定波的頻率，利用公式λ0 = 確定出λ0，再計算出波導波長λg，利用波長表進行波導波長測量要注意，測量訊號波長完成後要將波長計從諧振點調開，以免訊號衰減後影響後面的測量。
二， 實驗步驟
（1）觀察衰減器、空腔波長計、駐波測量線的結構形式、讀數方法。
（2）按圖一檢查系統的連線裝置及連線電纜和電纜頭。
（3）開啟訊號源，預熱儀器，並按操作規程調整訊號工作頻率及幅度，並調整調製頻率。
注意：輸出訊號功率不能過大，以免訊號過大燒壞檢測器件及儀器，開啟選頻放大器電源，預熱按說明書操作。
注意：分貝開關盡量不要放在60db位置，以免工作時因訊號過大損壞表頭。
（4）利用兩點法進行測量，將波導測量線終端短路（同軸測量線終端開路），調測量放大器的衰減量和可變衰減器使探針位於波腹時，放大器指示電表接近滿格，用公式1a，1b兩點法測量波導波長。
（5）將駐波測量線探針插入適當深度（約1.0mm），將探針轉移至兩個波節點的中點位置，然後調節其調諧迴路，使測量放大器指示最大。
（6）利用間接法來測量波導波長λg，首先，用波長計測量訊號波長。測三次取平均值，再按照公式二計算λg，測量完成後要將波長計從諧振點調開，以免訊號衰減影響後面的測量。
校準晶體二極體檢波器的檢波特性
（7）將探針沿測量線由左向右移動，按測量放大器指示每改變最大值刻度的10%，記錄一次探針位置，給出u沿線的分布圖形。
（8）設計**，用駐波測量線校準晶體的檢波特性。
（9）作出晶體檢波器校準曲線圖。
令d作為測量點與波節點的距離；do是波節點的實際位置，d0+d就是測量點的實際位置
（10）再移動探針到駐波的波腹點，記錄資料，分別找到波腹點相鄰兩邊指示電表讀數為波腹點50%對應的值，記錄此刻探針位置d1和d2，根據公式
求得晶體檢波率n，和（8）所得的數值進行比較。
三， 實驗結果分析
兩點法測波長
由公式（1b）可求得λg=42.1
(1) 作出測量線探針在不同位置下的讀數分布曲線
資料分析：由於此時波導中存在的是駐波，並且測量的位置是從波節到相鄰的波腹，所以畫出來的波形應該是正弦曲線的四分之一，由上圖可以看出，實驗結果基本符合，誤差在允許範圍內。
(2) 給出檢波晶體的校準曲線，求出晶體檢波n；
上圖為對數座標，橫軸表示loge，縱軸表示logu
分析：根據理論分析，上圖應該是一條斜率為n的直線，而實際確實在前半段有所彎曲，而後半段近似於一條直線，故採用後半段計算斜率，經計算，直線的斜率約為2.1，所以晶體檢波率為2.
1。第二種定標方式： = 2.15
(3) 兩點法測波長如第乙個表，λg = 42.1mm
間接法測量波導波長
λg = = 43.19mm
比較兩種方法測量出的波導波長，可以看出相差不大，說明實驗結果比較準確，實驗操作規範正確。
(4) 做晶體檢波特性的校準時，有哪些主要誤差因素？怎樣減少或避免？
答：探針深入長度放在適當深度，當探針沿線移動時，應避免探針上下左右晃動。
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