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微波基础实验实验报告 　　近代物理实验报告微波基本参量测定实验　　学院班级　　姓名　　学号　　时间XX年4月12日　　微波基本参量测量实验实验报告　　【实验目的】　　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。　　【实验原理】　　一、微波基本知识　　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。　　-9-122．频率高：微波的电磁振荡周期(10一10s)很短，已经和电子管中电子在电极间的飞　　-9越时间(约10s)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。　　-6-34．量子特性：在微波波段，电磁波每个量子的能量范围大约是10～10eV，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。　　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。微波实验是近代物理实验的重要组成部分。　　二、微波传输特性　　根据电磁场的普遍规律——Maxwell方程组以及具体波导的边界条件，可以严格求解出只有两大类波能够在矩形波导中传播：①横电波，简写为TE波，磁场可以有纵向和横向的分量，但电场只有横向分量。②横磁波，简写为TM波，电场可以有纵向和横向的分量，但磁场只有横向分量。在实际应用中，一般让波导中存在一种波型，而且只传输一种波型，本实验采用TE10波，是矩形波导中常用的一种波型。TE10型波：　　在一个均匀、无限长和无耗的矩形波导中，沿z方向传播的TE10型波的各个场分量为Hx?j?x?a?a?xsin()ej(?t??z)，Hy?0，Hz?jcos()ej(?t??z)?a?a　　??a?xEx?0，Ey??j0sin()ej(?t??z)，Ez?0，?a　　其中：?为电磁波的角频率，??2?f，f是微波频率；　　a:波导截面宽边的长度；　　?：微波沿传输方向的相位常数??2??g；　　?g：波导波长，　　?g??　　?(?　　2a)2　　?：微波在自由空间波长。　　以上表明，TE10波具有如下特点：　　①存在一个临界波长?c?2a，。只有波长???c的电磁波才能在波导管中传播　　②?g??，即波导波长λg大于自由空间波长λ，。波导内由入射波与反射波叠加而成的合成波，其相平面传播的速度称为相速V，群速Vc是表示能量沿波导纵向传播的速度，其关系为V?Vc?C。因为，波导中电磁波是成“之”字形并以光速传播的，所以，波导波长?g将大于自由空间的波长?。2　　图1电磁波在波导中的传播　　③电场只存在横向分量，电力线从一个导体壁出发，终止在另一个导体壁上，并且始终平行于波导的窄边。　　④磁场既有横向分量，也有纵向分量，磁力线环绕电力线。　　⑤电磁场在波导的纵方向(z)上形成行波。在z方向上，Ey和Hx的分布规律相同，也就是说Ey最大处Hx也最大，Ey为零处Hx也为零，场的这种结构是行波的特点。　　图2TE10波的电磁场结构,,(c)