北邮电磁场与电磁波实验总结..docx

北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告 班级： 姓名： 学号： 第一部分实验建议实验已经做完，在这个过程中我收获很多，但我认为也有一些不足之处，提出以下建议。希望增加部分器材，实验过程中很多东西不够用，大家要相互借用，有时要等到其他组做完，比较影响实验进度。实验室太小，实验互相干扰严重，部分实验会有误差。希望扩大场地。 第二部分从“用谐振腔微扰法测量介电常数实验”提出新实验——谐振腔体积对测量结果准确性的研究实验提出依据：该实验的提出是建立在对“用谐振腔微扰法测量介电常数”实验的研究基础之上，原实验中要求介质棒体积Vs远小于谐振腔体积V0，此时可以认为除样品所在处的电磁场发生变化外，其余部分的电磁场保持不变，从而可把样品看成一个微扰，则样品中的电场和外电场相等。而原实验中的谐振腔体积是否真的满足这个条件呢，改变谐振腔的体积对测量结果的准确性有何影响呢？本实验将对此做进一步的探究。实验目的了解谐振腔的基本知识。学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方法。对实验结果做进一步的验证。实验原理本实验是采用反射式矩形谐振腔来测量微波介质特性的。反射式谐振腔是把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板，另一端加上封闭的金属板，构成谐振腔，具有储能、选频等特性。谐振条件：谐振腔发生谐振时，腔长必须是半个波导波长的整数倍，此时，电磁波在腔内连续反射，产生驻波。谐振腔的有载品质因数QL由下式确定：式中：f0为腔的谐振频率，f1，f2分别为半功率点频率。谐振腔的Q值越高，谐振曲线越窄，因此Q值的高低除了表示谐振腔效率的高低之外，还表示频率选择性的好坏。如果在矩形谐振腔内插入一样品棒，样品在腔中电场作用下就会极化，并在极化的过程中产生能量损失，因此，谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化。图1 反射式谐振腔谐振曲线 图2 微找法TE10n模式矩形腔示意图电介质在交变电场下，其介电常数ε为复数，ε和介电损耗正切tanδ可由下列关系式表示：， ， 其中：ε，和ε，，分别表示ε的实部和虚部。选择TE10n，(n为奇数)的谐振腔，将样品置于谐振腔内微波电场最强而磁场最弱处，即x＝α／2，z＝／2处，且样品棒的轴向与y轴平行，如图2所示。假设：1．样品棒的横向尺寸d(圆形的直径或正方形的边长)与棒长九相比小得多(一般d／h1／10)，y方向的退磁场可以忽略。2．介质棒样品体积Vs远小于谐振腔体积V0，则可以认为除样品所在处的电磁场发生变化外，其余部分的电磁场保持不变，因此可以把样品看成一个微扰，则样品中的电场与外电场相等。这样根据谐振腔的微扰理论可得下列关系式式中：f0,fs分别为谐振腔放人样品前后的谐振频率，Δ (1／QL)为样品放人前后谐振腔的有载品质因数的倒数的变化，即其中QL0，QLS分别为放人样品前后的谐振腔有载品质因数。三、实验装置微波信号源需工作在最佳等幅、扫描状态。晶体检波器接头最好是满足平方律检波的，这时检波电流表示相对功率(I∝P)。检波指示器用来测量反射式谐振腔的输出功率，量程0～100μA。微波的频率用波长表测量刻度，通过查表确定微波信号的频率。用晶体检波器测量微波信号时，为获得最高的检波效率，它都装有一可调短路活塞，调节其位置，可使检波管处于微波的波腹。改变微波频率时，也应改变晶体检波器短路活塞位置，使检波管一直处于微波波腹的位置。图17 试验装置示意图1— 微波信号源 2—隔离器 3—衰减器 4—波长表 5—测量线 6—测量线晶体7—选频放大器 8—环形器 9—反射式谐振腔 10—隔离器 11—晶体检波器提供5个仅体积不同的反射式谐振腔，体积关系如下：V1V2V3V4V5 (V3为原实验所用的样品谐振腔）四、实验内容选用V3体积的反射式谐振腔，按图接好各部件。注意：反射式谐振腔前必须加上带耦合孔的耦合片，接入隔离器及环形器时要注意其方向。开启微波信号源，选择等幅、扫频方式，预热30分钟。测量谐振腔的长度，根据公式计算它的谐振频率，一定要保证n为奇数。在样品未插入腔内时，找出样品谐振腔的谐振频率。此时在示波器中观察输出图像出现吸收峰，该处频率即为样品谐振腔的谐振频率，这即为工作模区。仔细调节波长计，使得示波器上观察到的谐振曲线中出现较窄的吸收峰。调节波长计，可见波长计产生的吸收峰在谐振腔产生的吸收峰上滑动，此时可通过波长计测量谐振频率f0,以及半功率点的频率f1,f2。计算得到空腔的有载品质因数：通过波长计测得的样品腔谐振频率f0，以及半功率点的频率f1，f2，利用公式进行计算，注意，f1、f2于f0的差别很小，约0.003GHz.加载样品，重新寻找其