矩形波导中导行电磁波的观测.pdfVIP

实验八 矩形波导中导行电磁波的观测 预备知识 微波技术是第二次世界大战期间，由于雷达的需要而发展起来的一门电子技术。现 已在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及工农业生产等许多部门，获得了广 泛的应用。 一．什么是微波 5 频率约在300-3×10MHz 的电磁波称为微波，对应的波长范围为1 米至一毫米。 图1 和图2 是电磁波谱、微波波段的划分说明，表1 是无线电波谱的划分。 图1 电磁波谱 图2 微波段划分及传播方式 表1 无线电波谱划分（已被国际电信联盟ITU 采纳）表 超低频 ULF 甚低频 VLF 3kHz－30kHz 海下通信和导航系统 通信、芬兰C 定位系统无线电航 低 频 LF 30kHz－300kHz 标、航空 中 频 MF 300kHz－3MHz 中频广播 高 频 VHF 3MHz－30kHz 远距通信，短波广播 甚高频 HF 30MHz－300MHz 电视，FM 广播，航空通信 超高频 UHF 300MHz－3GHz 雷达、电视（一部分） 很高频 SHF 3GHz－30GHz 雷达遥感系统 极高频 EHF 30GHz-300GHz 待开发 微波波段还可以细分为“分米波”（波长为1 米至10 厘米），“厘米波”（波长 10 厘米至1 厘米）和“毫米波”（波长为1 厘米至1 毫米）。波长在 1 毫米一下至红外 线之间的电磁波称为“亚毫米波”或超微波，这是一个正在开发的波段。 微波有以下几个主要特点： （1）微波波长很短，它和几何光学中光的特点很接近，具有直线传播的性质。利用 这个特点，就能在微波波段制成方向性极高的天线系统，也可以收到地面和宇宙空间各 种物体反射回来的微弱回波，从而确定物体的方向和距离，这一特点使得微波技术在雷 达中得到广泛的应用。 -9 -12 （2）微波的电磁振荡周期（10 －10 秒）很短，已经和电子管中电子在电极间飞 越所经历的时间（约10-9 ）可以比拟，甚至还要小。因此，普通电子管已经不能用做微 波振荡器、放大器和检波器，而必须采用原理上完全不同的微波电子管来代替。 （3）微波传输线，微波元件和微波测量设备的线长度与波长具有相近似的数量级。 因此，一般无线电元件由于辐射效应和趋肤效应都不能用了，必须采用原理上完全不同 的微波元件来代替。 （4）在低频电路中，电路的尺寸比波上小的多，处理问题时只需采用电路的概念和 方法；在微波波段，电路尺寸已能与波长相比拟，甚至还要小，所以处理问题时必须采 用电磁场的概念和方法。 （5）许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长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核结构。 （6）微波可以畅通无阻地穿过地球上空的电离层。因此，微波波段是无线电波谱中 的“宇宙窗口”，为宇航通讯、导航、定位以及射电天文学的研究和发展提供了广阔的 前景。 二．常用的微波元器件 1．波导管 如图3 所示波导管是一种空心金属管，常见的波导管有矩形和圆柱形两种。在波导 管中能够传播的电磁波可以归纳成两大类。其一为横电波（或磁波），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；其二为横磁波（或电波） 简称为TM 波（或E 波）。它的电场可以有纵向和横向的分量，但磁场只有横向分量。 至于电场和磁场的纵向分量都不为零的电磁波则可以看成由横电波、横磁波迭加而成。