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频率和波长的测量

一实验目的：

1．学会使用根本的测频仪器和信号发生器。

2．掌握根本的测量频率和波长的方法

3．利用3cm波导测试系统，使用吸收式频率计作频率测量电磁波频率；使用测量线来测量波长和频率

二实验原理

电磁波的频率和波长可由它在媒质中的传播速度联系起来：

式中是频率，是波长，而是电磁波的传播速度。电磁波在空气中的传播速度近似地等于自由空间内的速度，通常取V=3×1010厘米/秒。沿Z轴方向传播TE10波的各个分量为

其中，相位常数，波导波长

临界波长

所以，

为了使波导内只传播TE10波，波导截面尺寸应满足

一般取，

目前，我国通常取

其主模频率范围为8.20～12.50GHz，截止频率为6.557GHz。

实验系统的连接如图二所示，是用吸收式频率计作频率测量的实验

GX2C

GX2C-1功率计

信号源

YS3892选频放大器晶体检波器

YS3892

选频放大器

晶体

检波器

PX16频率计隔离器

PX16频率计

隔离器

定向耦合器E、H阻抗调配器

定向耦合器

E、H阻抗

调配器

同轴/波导

转换器

图二

测量方法：

系统中的PX16频率计为吸收式频率计，其结构如图三所示。当传输线中相当一局部功率进入频率计谐振腔内，而另一局部从耦合元件处反射回去，在谐振时，腔中场很强，反射回去也强。使之频率计的输出在谐振时明显减小，如图四所示。

I

图三吸收式频率计结构图四

2〕测量线来测量波长

传输在终端短路情况下,可根据全反射的驻波分布情况，找出相邻的驻波最小点和〔也可选择驻波相邻最大值点〕，如图。相邻两个最小点的距离即为半个波导波长，因此：

通过测量出的波导波长，也就可计算出频率和波长，它们之间有一一对应的关系，如下列图所示。

在波导系统中测量的波长为波导波长，前面已经讲到波导波长

可见λg要大于λ0。

三．实验仪器

1〕YS1123标准信号发生器

链接其技术指标如下：

频率范围：7.5GHz～12.4GHz

⑴显示误差：±1.5%〔输出功率为不大于5mW时〕。

⑵频率稳定度：±5×10-4/15分钟〔在等幅状态下，仪器预热30分钟后〕。

输出功率：

⑴毫瓦输出：在电压驻波比不大于1.7的50Ω负载时不小于5mW。

⑵微瓦输出：-10dBm～-100dBm〔在电压驻波比不大于1.7的50Ω负载时〕。

衰减读数误差±1.5dB。

剩余信号不大于-100dBm。

寄生频偏：不大于5×10-6，谐波含量不大于-20dB。

仪器的工作方式：

⑴等幅：连续波输出。

⑵内方波调制〔〕

重复频率范围：40～4000Hz；精度：±1%±1Hz

分辨率：≤100Hz时，1Hz；100Hz时，10Hz

前后沿均不大于0.5μS

⑶内脉冲调制〔〕

重复频率范围和分辨率：同内方波调制

脉冲宽度范围：1～30μS；精度：±1%±1μS

前后沿均不大于0.2μS

⑷延迟时间范围：3～300μS；精度：±1%±1μS

⑸外整步可接受重复频率为40Hz～10kHz的正或负极性，幅度为4～18V的脉冲信号〔其输出高频调制脉冲宽度、延迟与内调制时相同〕。

⑹外调制可接受重复频率为40Hz～10kHz，宽度为0.5μS～300μS，幅度为4～18V的正或负极性的脉冲信号。

⑺整步脉冲输出，无论内或外调制、内方波调制时〔负载阻抗不小于10kΩ，负载电容不小于20PF〕，仪器均能给出前沿优于0.5μS及不小于2V的整步脉冲信号输出。

GX2C-1功率计

链接其技术指标如下：

GX2C-1功率计是微波功率测量仪器。它是由GX2C-1功率指示器和YS11801功率传感器所组成。并可由用户选购RS232接口或GPIB接口。GX2C-1功率计的外形图如图二所示。

图二GX2C-1功率计外形图

其技术指标如下：

频率范围：50MHz～12.4GHz

功率测量范围：0.1uW～100mW

测量精度:工作误差±8%

电压驻波比：S≤1.4

可承受平均功率为：1分钟的超额功率试验。

功率基准：50MHz；1.00mW±1.5%

噪声漂移:在任一分钟间隔内±(0.1uW+1字)

记录器输出：0～1V电压，输出阻抗1KΩ。

显示方式：W方式，dBm方式及dB方式。

3)YS3892选频放大器

链接其技术指标如下：

YS3892选频放大器是一种能检测微弱信号的精密测量放大器。