微波技术实验_讲义.docVIP

《 目 　录 实验理论基础、实验设备介绍 3 一．微波基础理论知识 3 二．微波器件及实验设备简介 7 三．电磁波传播特性实验仪器简介 13 四．微带电路和微波通信实验设备简介 14 实验一 电磁波传播特性实验（上） 15 1 反射实验 15 2 单缝衍射实验 16 3 双缝干涉实验 17 实验二 电磁波传播特性实验（下） 20 4 迈克尔逊干涉实验 20 5 无损介质介电常数测量实验 21 6 偏振实验 24 7 布拉格衍射实验(选做) 24 8 极化波的产生/检测(选做) 25 9 圆极化波左旋/右旋(选做) 28 10圆极化波反射/折射(选做) 30 实验三 微波测量线的使用 34 一．微波测量系统的基本组成 34 二．使用谐振式频率计（波长表）测量信号频率 34 三．使用3cm测量线测量波导波长 35 四．使用3cm测量线测量电压驻波比（小驻波比） 37 实验四 电压驻波比测量（大、中驻波比） 39 实验五 阻抗测量与阻抗匹配 45 一．实验内容 45 二．实验原理 45 三．实验装置 49 四．实验步骤 50 实验六 二端口微波网络参量测量 51 一．实验内容 51 二．实验原理 51 三．实验装置 57 四．实验步骤 57 实验七 谐振腔品质因数Q值的测量（暂不做） 61 一．实验内容 61 二．实验原理 61 三．实验装置 65 四．实验步骤 66 实验八 定向耦合器的测量（暂不做） 68 一．实验内容 68 二．实验原理 68 三．实验装置 71 四．实验步骤 71 实验九 微带电路和微波通信综合实验 72 一．实验内容 72 二．实验原理 72 三．实验装置 73 四．实验步骤 73 实验十 微波EDA软件的使用 75 一．实验内容 75 二．实验原理、实验步骤 75 实验十一 用集总参数方法设计低通滤波器 76 一．实验内容 76 二．实验原理、实验步骤 76 实验十二 用分布参数方法设计低通滤波器 77 一．实验内容 77 二．实验原理、实验步骤 77 实验理论基础、实验设备介绍 一．微波基础理论知识 随着现代科学技术的发展，电磁场与微波技术获得了极为广泛的应用，它不仅在通讯、微电子技术、原子能技术、空间技术、量子电子学等方面有着广泛的应用，在科学研究中也是一种十分重要的观测手段。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（300MHz～300GHz）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（300MHz～300GHz）：微波的电磁振荡周期(10-9～10-12s)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。 4）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，而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也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结构，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准确的分子钟，原子钟。(北京大华无线电仪器厂) 5）能穿透电离层：微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层，为卫星通讯，宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。 综上所述微波具有自己的特点，不论在处理问题时运用的概念和方法上，还是在实际应用的微波系统的原理和结构上，都与普通无线电不同。电磁场与微波技术实验是近代物理实验的重要组成部分。 1．电磁波的基本关系 描写电磁场的基本方程是： ， ， ⑴ 和 ， ， 。 ⑵ 方程组⑴称为Maxwell方程组，方程组⑵描述了介质的性质对场的影响。 对于空气和导体的界面，由上述关系可