北京邮电大学
电磁场与微波测量实验
学院：电子工程学院
班级：2013211203
组员：
组号：第九组
实验六 用谐振腔微扰法测量介电常数
微波技术中广泛使用各种微波材料，其中包括电介质和铁氧体材料。微波介质材料的介电特性的测量，对于研究材料的微波特性和制作微波器件，获得材料的结构信息以促进新材料的研制，以及促进现代尖端技术(吸收材料和微波遥感)等都有重要意义。
一、 实验目的
1． 了解谐振腔的基本知识。
2． 学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方法
二、 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：
2
10
f f f Q L -=
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tan δ可由下列关系式表示：
εεε''-'=j ， εεδ''
'=
tan ，
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 ＝l ／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 ／h<1／10)，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
000)
1(2V V f f f S
s -'-=-ε
41
V V Q S L ε''=?
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
01
1)1(
L LS L Q Q Q -=?
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
1. 微波信号源需工作在最佳等幅、扫描状态。
2. 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)。
3. 检波指示器用来测量反射式谐振腔的输出功率，量程0～100μA 。
4. 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。
5. 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
四、 实验内容
1．
连接好各部件。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。 2． 开启微波信号源，选择“等幅”方式，预热30分钟。
3．
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。 4．
通过调节波长计可见示波器上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f 0，半功率点f 1、f 2。 5．
测量空腔的有载品质因数，注意： f1， f2与f0的差别很小，约0．003GHz 。 6． 加载样品，重新寻找其谐振频率，测量其品质因数。 7． 测量介质棒及谐振腔的体积。
8．
计算介质棒的介电常数和介电损耗角正切。
五、 实验数据（介质棒颜色为白色）
由样品谐振腔的长66mm ，宽22.86mm ，高10.16mm 可得其体积 V 0 =15329.000立方毫米
由样品半径0.7mm ，高10.16mm 可得其体积 Vs=15.632立方毫米
由样品谐振频率以及半功率点频率可以计算出样品谐振腔的品质因数（f0 =9.093GHz f1 =9.088GHz f2 =9.096GHz ）
2
10f f f Q Lo -=
=1136.625
样品插入后，由谐振频率以及半功率点频率可以计算出样品放入后的品质
因数（fs =9.070GHz f1 =9.064GHz f2 =9.075GHz ）
2
1s s f f f Q L -=
=824.545
联立实验原理中的各式可求得介质棒的介电常数与介电损耗角正切。
εεε''-'=j = 2.24-j0.0816 εεδ'
'
'=tan =0.0364
六、 思考题
1. 如何判断谐振腔是否谐振？
答：谐振腔发生谐振时，电磁波在腔里连续反射，产生驻波，反映在示波器上是会出现吸收峰，从而判断。
2. 本实验中，谐振腔谐振时，为什么“必须是奇数”？
答：为了得到单一的电磁波。在本实验所使用的仪器安装及测量方式中，诸如TE102等n 为偶数的模式会受到抑制。对于TE101模式的电磁场，各边缘中心处切向磁场均可达到最大值，此四处开耦合窗均可达到电感耦合的效果；而TE102模式的电磁场在本装置开窗处所有分量全部为零，能量无法耦合到下一个谐振腔。
3. 若用传输式谐振腔如何测量介质的介电常数，可否画出实验装置。 答：传输式谐振腔与反射式谐振腔的最大差别在于谐振时达到最大值的峰值而非吸收峰，因此下图模式的接法（与本实验基本相同）即可，只不过观察吸收峰变为了观察极大值点。
信号源隔离器
波长表
可变衰减器
环形器
样品式谐振腔
实验一天线的特性特性和测量
一、实验目的
1.了解天线的发射和接收信号的基本工作原理。
2.认识和了解测量天线接收强度的基本装置。
3.了解天线的接收强度和接收天线与发射天线之间夹角的关系。
4.了解喇叭天线的方向图特性。
5.掌握天线方向图的测试方法。
二、天线工作原理
天线是一种变换器，它把传输线上的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。天线特性测量实验，将通过控制接收天线与发射天线之间的夹角进而改变和测量接收天线接收信号的强弱，掌握天线的接收强度和接收天线与发射天线之间夹角的关系。
天线有些重要参数，下面给出：
1)辐射效率
ηr=P r P i
式中，Pr为天线辐射出的功率，单位为W；Pi为馈入天线的功率，单位为W。
2)辐射方向图
用极坐标来表示天线的辐射场强度与辐射功率的分布，天线的方向图是表征天线辐射时电磁波能量（或场强）在空间各点分布的情况。
天线方向图能直观地反映出天线辐射能量集中的程度，方向图越尖锐，表示辐射能量越集中，相反则能量分散。若天线将电磁能量均匀地向四周辐射，方向图就变成一球面，称作无方向性，这就是一理想点源在空中辐射场。天线方向图可以通过测试来绘制，如测得的是场强，则绘出场强方向图，但两者图形形状是完全一样的。
3)方向性图主瓣宽度
最大辐射方向的叶瓣，称为主瓣，其余称副瓣。
4)方向性图主瓣零点角
主瓣两侧零辐射方向之间夹角
5)方向性图副瓣电平
旁瓣：在主辐射波瓣旁，还有许多副瓣，其中HPBW为半功率波束宽度，辐射最大功率下降3dB时的角度；FNBW为第一零点波束宽度；SLL为旁瓣高度，辐射最大功率与最大旁瓣的差。
6)方向性图副瓣功率电平表示副瓣功率电平相对于主瓣功率电平的比值，一般用分贝（dB）表示。
7)方向性系数D
在同一距离及相同辐射条件下，某一天线最大辐射方向性上辐射功率密度（或场强平方）与无方向天线辐射功率密度（或场强平方）之比。
D=S max S0
8)天线增益G、天线输入阻抗Z in
G=P r
P i
=
P为被测天线距离R处所接收到的功率密度，单位为W/m2；Pi为全向性天线距离R处所接到的功率密度，单位为W/m2。
P r=
GP i 4πR2
天线输入阻抗Z in定义为：
Z in=U I
U为在馈入点上的射频电压；I为在馈入点上的射频电流。
三、实验内容与步骤
测量方法有两种：
1）固定天线法：被测天线不动，以它为圆心在等圆周上测得场强的方式。
2）旋转天线法：标准天线不动为发射天线，而待测天线为接收天线，而自身自旋一周所测的方向图。演示实验采用的是旋转天线的方法。测量步骤：
旋转天线法：可动天线每改变一个角度（大约1°）记录下来一个数值（检波器或小功率计指示），改变一周即得到360°范围内的方向图。
方向图的自动测量属于动态测量。测量时被测天线连续转动，并接收信号源通过喇叭天线发射的微波信号，接收信号送天线幅度信号采集电路，经变换放大及
A/D转换后送给微机。天线转动的同时，天线角度信号录取装置将天线位置转换成角度数字信号送给微机。这样就可以得到测量范围内每一位置的幅度信号电平，根据这组数据，微机就可以进行数据处理并由输出装置输出计算结果。
四、实验结果
微波天线方向图测试报告：
测试日期: 2016-04-16 20:08
测试人: 詹雪娇，康铭全，马依拉·阿不力肯木
测试内容: 3G 4单元板状-1920-E-1
极化方式: 水平极化
旁瓣宽度--- 频谱1
-3db : 22.89
-6db : 33.84
-10db : 44.86
-15db : 273.12
前后比: 0.00
轴比0: 0.00
轴比1: 61.00
轴比2: 6.00
轴比3: 85.00
轴比4: 39.00
轴比5: 15.00
轴比6: 18.00
轴比7: 6.00
轴比8: 2.00
轴比9: 244.00
轴比10: 9.00
轴比11: 2.00
轴比12: 265.00 轴比13: 5.00 轴比14: 4.00 轴比15: 2.00
微波天线方向图的绘制
表格：
角度(曲线
1-marker1) 幅度(曲线
1-marker1) 角度(曲线
1-marker2) 幅度(曲线
1-marker2) 最大: 360.95 最大: -41.28 最大: 360.95 0.00 0.00 -41.36 0.00 0.00 1.19
-41.36
1.19
0.00
3.33 -41.30 3.33 0.00
4.24 -41.35 4.24 0.00
5.31 -41.49 5.31 0.00
6.22 -41.79 6.22 0.00
7.30 -41.87 7.30 0.00
8.20 -42.19 8.20 0.00
9.31 -42.49 9.31 0.00
10.20 -42.75 10.20 0.00
11.29 -43.15 11.29 0.00
12.21 -43.50 12.21 0.00
13.31 -44.05 13.31 0.00
14.24 -44.25 14.24 0.00
15.17 -44.87 15.17 0.00
16.29 -45.31 16.29 0.00
17.20 -45.98 17.20 0.00
18.31 -46.36 18.31 0.00
19.20 -47.23 19.20 0.00
20.28 -47.48 20.28 0.00
21.20 -47.98 21.20 0.00
22.26 -48.90 22.26 0.00
23.19 -49.39 23.19 0.00
24.24 -50.00 24.24 0.00
25.19 -50.56 25.19 0.00
26.25 -51.09 26.25 0.00
27.19 -51.67 27.19 0.00
28.27 -52.33 28.27 0.00
29.19 -52.90 29.19 0.00
30.28 -53.47 30.28 0.00
32.31 -54.59 32.31 0.00
33.24 -55.19 33.24 0.00
34.19 -55.86 34.19 0.00
35.27 -56.74 35.27 0.00
36.23 -57.77 36.23 0.00
37.28 -58.45 37.28 0.00
38.20 -59.94 38.20 0.00
39.25 -60.96 39.25 0.00
40.18 -63.30 40.18 0.00
41.25 -64.12 41.25 0.00
42.18 -65.03 42.18 0.00
43.26 -68.56 43.26 0.00
44.18 -71.15 44.18 0.00
45.29 -74.46 45.29 0.00
46.20 -76.60 46.20 0.00
47.15 -80.75 47.15 0.00
48.23 -73.57 48.23 0.00
49.18 -72.05 49.18 0.00
50.28 -70.12 50.28 0.00
51.22 -70.53 51.22 0.00
52.18 -68.80 52.18 0.00
53.27 -68.61 53.27 0.00
54.23 -68.54 54.23 0.00
55.13 -67.24 55.13 0.00
56.22 -66.97 56.22 0.00
57.13 -67.00 57.13 0.00
58.21 -66.50 58.21 0.00
59.16 -66.84 59.16 0.00
61.18 -67.32 61.18 0.00
62.26 -66.22 62.26 0.00
63.20 -67.48 63.20 0.00
64.27 -67.28 64.27 0.00
65.21 -67.59 65.21 0.00
66.16 -68.72 66.16 0.00
67.25 -69.76 67.25 0.00
68.19 -71.82 68.19 0.00
69.13 -73.67 69.13 0.00
70.23 -77.11 70.23 0.00
71.17 -81.23 71.17 0.00
72.14 -83.39 72.14 0.00
73.21 -78.45 73.21 0.00
74.15 -74.56 74.15 0.00
75.22 -70.93 75.22 0.00
76.15 -71.77 76.15 0.00
77.23 -69.90 77.23 0.00
78.15 -69.49 78.15 0.00
79.24 -70.37 79.24 0.00
80.15 -70.55 80.15 0.00
81.12 -72.62 81.12 0.00
82.18 -72.44 82.18 0.00
83.15 -78.79 83.15 0.00
84.24 -80.72 84.24 0.00
85.19 -83.82 85.19 0.00
86.15 -78.73 86.15 0.00
87.24 -85.09 87.24 0.00
88.20 -81.96 88.20 0.00
90.12 -81.82 90.12 0.00
91.20 -80.64 91.20 0.00
92.14 -78.47 92.14 0.00
93.21 -74.63 93.21 0.00
94.13 -71.68 94.13 0.00
95.24 -70.54 95.24 0.00
96.15 -68.31 96.15 0.00
97.10 -66.04 97.10 0.00
98.19 -65.32 98.19 0.00
99.14 -65.09 99.14 0.00 100.23 -64.98 100.23 0.00 101.16 -64.93 101.16 0.00 102.10 -64.59 102.10 0.00 103.21 -64.69 103.21 0.00 104.16 -64.29 104.16 0.00 105.12 -63.89 105.12 0.00 106.24 -63.26 106.24 0.00 107.18 -61.61 107.18 0.00 108.15 -61.74 108.15 0.00 109.22 -60.63 109.22 0.00 110.16 -60.13 110.16 0.00 111.08 -60.34 111.08 0.00 112.17 -59.72 112.17 0.00 113.10 -59.84 113.10 0.00 114.22 -60.02 114.22 0.00 115.16 -59.44 115.16 0.00 116.10 -59.34 116.10 0.00 117.21 -58.91 117.21 0.00
119.10 -58.13 119.10 0.00 120.19 -57.34 120.19 0.00 121.14 -56.68 121.14 0.00 122.08 -55.89 122.08 0.00 123.19 -55.25 123.19 0.00 124.17 -54.84 124.17 0.00 125.10 -54.34 125.10 0.00 126.07 -54.29 126.07 0.00 127.14 -54.19 127.14 0.00 128.10 -54.12 128.10 0.00 129.18 -54.25 129.18 0.00 130.11 -54.39 130.11 0.00 131.21 -54.81 131.21 0.00 132.13 -55.12 132.13 0.00 133.09 -55.50 133.09 0.00 134.20 -55.77 134.20 0.00 135.17 -55.92 135.17 0.00 136.10 -56.58 136.10 0.00 137.06 -56.31 137.06 0.00 138.19 -56.62 138.19 0.00 139.14 -57.14 139.14 0.00 140.09 -57.64 140.09 0.00 141.06 -57.58 141.06 0.00 142.17 -57.54 142.17 0.00 143.12 -58.13 143.12 0.00 144.09 -58.13 144.09 0.00 145.17 -58.83 145.17 0.00 146.12 -59.07 146.12 0.00
148.15 -60.20 148.15 0.00 149.09 -60.90 149.09 0.00 150.04 -61.97 150.04 0.00 151.15 -61.79 151.15 0.00 152.09 -63.71 152.09 0.00 153.05 -65.41 153.05 0.00 154.14 -67.19 154.14 0.00 155.12 -70.28 155.12 0.00 156.07 -75.10 156.07 0.00 157.04 -82.14 157.04 0.00 158.16 -76.52 158.16 0.00 159.11 -72.60 159.11 0.00 160.09 -69.23 160.09 0.00 161.05 -67.01 161.05 0.00 162.19 -65.79 162.19 0.00 163.10 -65.31 163.10 0.00 164.06 -63.40 164.06 0.00 165.14 -63.41 165.14 0.00 166.08 -62.84 166.08 0.00 167.04 -62.35 167.04 0.00 168.13 -62.48 168.13 0.00 169.09 -61.99 169.09 0.00 170.04 -61.77 170.04 0.00 171.17 -61.95 171.17 0.00 172.10 -61.75 172.10 0.00 173.06 -61.92 173.06 0.00 174.04 -62.27 174.04 0.00 175.03 -62.48 175.03 0.00
177.11 -63.68 177.11 0.00 178.08 -64.33 178.08 0.00 179.06 -63.41 179.06 0.00 180.03 -64.19 180.03 0.00 181.07 -63.87 181.07 0.00 182.13 -64.08 182.13 0.00 183.03 -64.44 183.03 0.00 184.11 -65.06 184.11 0.00 185.02 -66.35 185.02 0.00 186.10 -65.78 186.10 0.00 187.01 -65.62 187.01 0.00 188.08 -65.90 188.08 0.00 189.01 -67.21 189.01 0.00 190.07 -67.39 190.07 0.00 191.02 -68.00 191.02 0.00 192.08 -68.97 192.08 0.00 193.03 -70.80 193.03 0.00 194.12 -71.07 194.12 0.00 195.05 -70.43 195.05 0.00 196.02 -69.04 196.02 0.00 197.10 -67.69 197.10 0.00 198.07 -65.14 198.07 0.00 199.12 -64.56 199.12 0.00 200.04 -64.19 200.04 0.00 201.09 -62.81 201.09 0.00 202.01 -62.21 202.01 0.00 203.09 -61.60 203.09 0.00 204.01 -61.13 204.01 0.00
206.03 -60.21 206.03 0.00 207.12 -60.04 207.12 0.00 208.04 -59.91 208.04 0.00 208.99 -59.63 208.99 0.00 210.07 -59.27 210.07 0.00 211.02 -59.24 211.02 0.00 212.10 -58.84 212.10 0.00 213.06 -59.44 213.06 0.00 214.00 -59.73 214.00 0.00 215.10 -60.10 215.10 0.00 216.05 -60.51 216.05 0.00 217.10 -61.20 217.10 0.00 218.03 -61.69 218.03 0.00 219.08 -62.06 219.08 0.00 220.01 -62.16 220.01 0.00 221.08 -62.57 221.08 0.00 222.00 -63.66 222.00 0.00 223.10 -64.91 223.10 0.00 224.01 -65.61 224.01 0.00 225.12 -66.68 225.12 0.00 226.04 -68.25 226.04 0.00 226.99 -70.19 226.99 0.00 228.07 -73.33 228.07 0.00 229.02 -74.68 229.02 0.00 230.12 -77.00 230.12 0.00 231.05 -80.11 231.05 0.00 232.01 -77.52 232.01 0.00 233.10 -75.12 233.10 0.00
234.97 -74.92 234.97 0.00 236.08 -74.45 236.08 0.00 236.98 -73.65 236.98 0.00 238.07 -75.10 238.07 0.00 239.00 -77.89 239.00 0.00 240.08 -77.29 240.08 0.00 241.02 -74.53 241.02 0.00 241.96 -76.50 241.96 0.00 243.06 -75.06 243.06 0.00 243.99 -75.29 243.99 0.00 245.08 -72.03 245.08 0.00 246.02 -73.53 246.02 0.00 246.97 -75.41 246.97 0.00 248.06 -74.99 248.06 0.00 249.01 -72.97 249.01 0.00 249.97 -72.28 249.97 0.00 251.08 -70.90 251.08 0.00 252.05 -68.52 252.05 0.00 252.96 -68.28 252.96 0.00 254.06 -67.49 254.06 0.00 254.97 -66.72 254.97 0.00 256.07 -66.67 256.07 0.00 256.99 -67.50 256.99 0.00 257.94 -67.87 257.94 0.00 259.02 -68.02 259.02 0.00 259.94 -68.70 259.94 0.00 261.05 -67.72 261.05 0.00 261.96 -67.14 261.96 0.00
264.02 -67.33 264.02 0.00 264.96 -67.30 264.96 0.00 266.07 -67.25 266.07 0.00 267.02 -67.78 267.02 0.00 267.98 -68.90 267.98 0.00 268.93 -70.70 268.93 0.00 270.05 -72.95 270.05 0.00 270.96 -75.15 270.96 0.00 272.07 -76.52 272.07 0.00 272.99 -75.53 272.99 0.00 273.93 -72.39 273.93 0.00 275.03 -71.96 275.03 0.00 275.95 -69.87 275.95 0.00 277.04 -69.25 277.04 0.00 277.98 -69.29 277.98 0.00 278.93 -69.49 278.93 0.00 280.02 -71.34 280.02 0.00 280.98 -69.94 280.98 0.00 281.92 -70.85 281.92 0.00 282.90 -73.86 282.90 0.00 284.01 -74.70 284.01 0.00 284.95 -78.44 284.95 0.00 286.07 -79.47 286.07 0.00 287.03 -81.76 287.03 0.00 287.99 -88.68 287.99 0.00 288.92 -89.09 288.92 0.00 290.02 -82.45 290.02 0.00 290.93 -76.67 290.93 0.00
实验一基本辐射单元方向图 一、实验目的 基本辐射单元，指的是基本电振子（电偶极子），基本磁振子（磁偶极子），基本缝隙，惠更斯面元等。它们是构成实际天线的基本单元。通过本次实验了解这些基本辐射单元在空间产生的辐射场。二、实验指导 实验界面有三个显示区：立体方向图、E面方向图、H面方向图，分别用来显示基本辐射单元在空间产生的辐射场的立体方向图、E面方向图和H面方向图。界面下端有六个按钮：基本电振子、基本磁振子、基本缝隙、惠更斯面元、Return、Help。 点击按钮基本电振子，则基本电振子的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见基本电振子所辐射的电磁场强度不仅与r有关，而且与观察方向θ有关。在振子的轴线方向，场强为零；在垂直于振子轴的方向上，场强最大；在其它方向上，场强正比于sinθ。 点击按钮基本磁振子，则基本磁振子的方向图在显示区内显示
出来，由显示图形可见基本磁振子所辐射的电磁场的空间图形与基本电振子一样，这是因为基本电振子的辐射是振子上电流产生的辐射与基本磁振子的辐射是振子表面切向磁场产生的磁场是等效的。 点击按钮基本缝隙，则基本缝隙的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见基本缝隙所辐射的电磁场与基本磁振子完全相同，基本缝隙与基本磁振子是等效的。 点击按钮惠更斯面元，则惠更斯面元的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见惠更斯面元所辐射的电磁场在空间是一个对称于面元法线的心脏形方向图。
点击按钮Return ，返回天线实验总界面。 实验二对称阵子方向图分析 一、实验目的： 通过MATLAB 编程，熟悉电基本阵子和对称阵子的辐射特性，了解影响对称阵子辐射的因素及其变化对辐射造成的影响 二、实验原理： 1．电基本振子的辐射 电基本振子（Electric Short Dipole ）又称电流元，它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l 远小于波长λ，其半径a 远小于l ，同时振子沿线的电流I 处处等幅同相。用这样的电流元可以构 成实际的更复杂的天线，因而电基本振子的辐射特性是研究更复杂天y x z l O I r ? θ E θH ? E r
Basic BJT Circuit Figure 1 below shows the simplied ‘Pi’ model of a BJT. c Vin Vout Zin Vout B C Β.ib ib Figure 1 Transistor symbol and simplified ‘Pi’ model We can see that output consists of a current source –gm.Vbe to get the output voltage we multiply by the load resistance Rce ie Vout = -gm.Vbe.Rce (the negative sign denotes signal inversion). The input resistance of the circuit is given by: e temperatur room at (23.5mV)0.0235V ely approximat is and voltage thermal the as known is V (mS) ctance Transcondu gm Kelvin in e Temperatur T 1.6022x10 charge Electron q 1.3807x10 constant Boltzmans k where q k.T V ; V I gm where gm β R T 19-123-T T CQ IN =========?C JK The output resistance is given by: ge(V)EarlyVolta V Where I V rce R A CQ A OUT === The voltage gain (Av) is given by: T A CQ A T CQ be be IN OUT V V V I V .V I rce . V rce .V . V V A ==?=?== gm gm The current gain (Ai) is given by: β- i β.i - I I A b b IN OUT i ===
1-1 解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> 此传输线为长线 1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<< 此传输线为短线 1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低频时忽略 的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线上每一点的电磁波传播，故称其 为分布参数。用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。 1-4 解： 特性阻抗 050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cm B 1=ω C 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()220 1 j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'= - 将 22233 20,2,42 i r U V U V z πβλπλ'===?= 代入 3 32 2 3 4 20220218j j z U e e j j j V ππλ-'==+=-+=- ()34 1 2020.11200 z I j j j A λ'== --=- ()()()34 ,18cos 2j t e z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ????? ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- ????? 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''== ()()()2123 2 1 100j j z z U z e U z e πβ' ' -''== ()() ()() 6 1 1100,100cos 6j U z e V u z t t V ππω'=? ?=+ ?? ?
北京邮电大学信息与通信工程学院 微波实验报告 班级：20112111xx 姓名：xxx 学号：20112103xx 指导老师：徐林娟 2014年6月
目录 实验二分支线匹配器 (1) 实验目的 (1) 实验原理 (1) 实验内容 (1) 实验步骤 (1) 单支节 (2) 双支节 (7) 实验三四分之一波长阻抗变换器 (12) 实验目的 (12) 实验原理 (12) 实验内容 (13) 实验步骤 (13) 纯电阻负载 (14) 复数负载 (19) 实验四功分器 (23) 实验目的 (23) 实验原理 (23) 实验内容 (24) 实验步骤 (24) 公分比为1.5 (25) 公分比为1（等功分器） (29) 心得体会 (32)
201121111x 班-xx 号-xx ——电磁场与微波技术实验报告 实验二 分支线匹配器 实验目的 1．熟悉支节匹配器的匹配原理 2．了解微带线的工作原理和实际应用 3．掌握Smith 图解法设计微带线匹配网络 实验原理 支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。 单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d 和由并联开路或短路短截线提供的电纳。匹配的基本思想是选择d ，使其在距离负载d 处向主线看去的导纳Y 是Y0+jB 形式。然后，此短截线的电纳选择为-jB ，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。 双支节匹配器，通过增加一个支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。 微带线是有介质εr (εr >1)和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质εr ，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为 εe ，介于1和εr 之间，依赖于基片厚度H 和导体宽度W 。而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为εe 、基片厚度H 和导体宽度W 有关。 实验内容 已知：输入阻抗Z 75in ，负载阻抗Z (6435)l j ，特性阻抗0Z 75 ，介质基片 2.55r ，1H mm 。 假定负载在2GHz 时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离114d ，两分支线之间的距离为21 8 d 。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz 至2.2GHz 的变化。 实验步骤 1．根据已知计算出各参量，确定项目频率。 2．将归一化阻抗和负载阻抗所在位置分别标在Smith 圆上。 3．设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE 计算微带线物理长度和宽度。此处应该注意电长度和实际长度的联系。 4．画出原理图，在用微带线画出基本的原理图时，注意还要把衬底添加到图中，将各部分的参数填入。注意微带 分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。 5．负载阻抗选择电阻和电感串联的形式，连接各端口，完成原理图，并且将项目的频率改为1.8—2.2GHz 。 6．添加矩形图，添加测量，点击分析，测量输入端的反射系数幅值。 7．同理设计双枝节匹配网络，重复上面的步骤。
篇一：电磁场与微波实验六报告——偏振实验 偏振实验 1. 实验原理 平面电磁波是横波，它的电场强度矢量e和波长的传播方向垂直。如果e在垂直于传播方向的平面内沿着一条固定的直线变化，这样的横电磁波称为线极化波，在光学中也称偏振波。电磁场沿某一方向的能量有sin2 φ的关系，这就是光学中的马吕斯定律：i=i0cos2 φ，式中i0为初始偏振光的强度，i为偏振光的强度，φ是i与i0之间的夹角。 2. 实验步骤 系统构建图 由于喇叭天线传输的是由矩形波导发出的te10波，电场的方向为与喇叭口天线相垂直的系列直线，中间最强。dh926b型微波分光仪的两喇叭天线口面互相平行，并与 地面垂直，其轴与偏振实验线在一条直线上。由于接收喇叭口天线是和一段旋转短波导 连在一起的，在旋转波导的轴承环的90度范围内，每隔5度有一刻度，所以接收喇叭天线的转角可从此处读到。 在主菜单页面点击“偏振实验”，单击“ok”进入“输入采集参数”界面。 本实验默认选取通道3作为光栅通道插座和数据采集仪的数据接口。采集点数可根据提示选取。 顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）匀速转动微波分光仪的接收喇叭，就可以得到转角与接收指示的一组数据。 终止采集过程后，按下“计算结果”按钮，系统软件将本实验根据实际采集过程处理得到的理论和实际参数。 注意事项： ①为避免小平台的影响，最好将其取下。 ②实验用到了接收喇叭天线上的光栅通道（光传感头），应将该通道与数据采集仪通道3用电缆线连接。 ③转动接收喇叭天线时应注意不能使活动臂转动。 ④由于轴承环处的螺丝是松的，读取电压值时应注意，接收喇叭天线可能会不自觉偏离原来角度。最好每隔一定读数读取电压值时，将螺丝重新拧紧。 ⑤接收喇叭天线后的圆盘有缺口，实验过程中应注意别将该缺口转动经过光栅通道，否则在该处软件将读取不到数据。 3. 实验结果
《微波技术与天线》复习知识要点 绪论 微波的定义： 微波是电磁波谱介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段。 微波的频率范围：300MHz~3000GHz ,其对应波长范围是1m~ 0.1mm 微波的特点（要结合实际应用）： 似光性，频率高（频带宽），穿透性（卫星通信），量子特性（微波波谱的分析） 第一章均匀传输线理论 均匀无耗传输线的输入阻抗（2个特性） 定义： 传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗注： 均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗、工作频率有关。 两个特性： 1、λ／2重复性： 无耗传输线上任意相距λ／2处的阻抗相同Z in(z)=Z in(z+λ／2)
2、λ／4变换性:Zin(z)-Z in(z+λ／4)=Z 02 证明题： (作业题) 均匀无耗传输线的三种传输状态（要会判断）参数 |Γ|ρZ 1行波01 匹配驻波1∞ 短路、开路、纯 电抗行驻波 0＜|Γ|＜1 1＜ρ＜∞ 任意负载 能量电磁能量全部 被负载吸收电磁能量在原 地震荡 1.行波状态： 无反射的传输状态 匹配负载：
负载阻抗等于传输线的特性阻抗 沿线电压和电流振幅不变 电压和电流在任意点上同相 2.纯驻波状态： 全反射状态 负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态 3.行驻波状态： 传输线上任意点输入阻抗为复数 传输线的三类匹配状态（知道概念） 负载阻抗匹配： 是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此时只有从信源到负载的入射波，而无反射波。源阻抗匹配： 电源的内阻等于传输线的特性阻抗时，电源和传输线是匹配的，这种电源称之为匹配电源。此时，信号源端无反射。 共轭阻抗匹配： 对于不匹配电源，当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时，即当Z in=Z g﹡时，负载能得到最大功率值。 共轭匹配的目的就是使负载得到最大功率。 传输线的阻抗匹配（λ／4阻抗变换）(P15和P17) 阻抗圆图的应用（*与实验结合）
北京邮电大学 微波仿真实验报告实验名称：微波仿真实验
姓名：刘梦颉 班级：2011211203 学号：2011210960 班内序号：11 日期：2012年12月20日 一、实验目的 1、熟悉支节匹配的匹配原理。 2、了解微带线的工作原理和实际应用。 3、掌握Smith图解法设计微带线匹配网络。 4、掌握ADS，通过SmithChart和Momentum设计电路并仿真出结果。 二、实验要求 1、使用软件：ADS 2、实验通用参数： FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02 特性阻抗：50欧姆 3、根据题目要求完成仿真，每题截取1~3张截图。
三、实验过程及结果 第一、二次实验 实验一： 1、实验内容 Linecal的使用（工作频率1GHz） a)计算FR4基片的50欧姆微带线的宽度 b)计算FR4基片的50欧姆共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线 宽度与接地板之间的距离） 2、相关截图 （a）根据实验要求设置相应参数
（b）根据实验要求设置相应参数 实验二 1、实验内容 了解ADS Schematic的使用和设置2、相关截图：
打开ADS软件，新建工程，新建Schematic窗口。 在Schematic中的tools中打开lineCalc，可以计算微带线的参数。 3、实验分析 通过在不同的库中可以找到想要的器件，比如理想传输线和微带线器件。在完成电路图后需要先保存电路图，然后仿真。在仿真弹出的图形窗口中，可以绘制Smith图和S参数曲线图。
实验三 1、实验内容 分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧姆四分之波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。观察Smith圆图变化。 2、相关截图 （1）理想传输线
课程名称微波与天线实验报告 实验项目迈克尔逊干涉实验成绩 学院信息学院专业通信工程学号姓名 实验时间实验室指导教师 一、实验目的 1、通过实验观察迈克尔逊干涉现象。 2、掌握利用迈克尔逊干涉测量平面波长的方法。 二、实验设备 DH926B型微波分光仪，DH1121B型三厘米固态信号源，喇叭天线，DH926AD型数据采集仪，反射板，半透射玻璃板。 三、实验原理 如图5.1所示，在平面电磁波前进的方向放置一块与传播方向成450夹角的半透射板(实验中用玻璃板)，由于该板的作用，将入射的电磁波分成为两束，一束穿透玻璃板继续前进，向反射板B方向传播，另外一束被玻璃板反射后，向反射板A方向传播。到达可移动反射板B 的波，被反射板B反射后，又到达玻璃板，其中一部分被玻璃板反射后到达接收喇叭；而到达反射板A的波，被反射板A反射后，又到达玻璃板，其中一部分穿过玻璃板也到达接收喇叭，因此接收喇叭接收到的是这两束电磁波的和，当两束电磁波的传播路程相同，或相差波长的整数倍时，接收喇叭接收的信号最强，当他们传播的路程相差为半个波长的奇数倍时，
接收喇叭接收到的信号最弱。通过移动反射板B ，可以改变这两束电磁波的传播路程，使得接收喇叭接收到的信号由弱变强，或由强变弱，测得两个相邻最强或最弱时反射板所移动的距离L ，就可以得到电磁波的波长，即等于2L 。实验中直接观察电压表的读数，当表头指示从一次极小变到又一次极小时，则B 处的反射板就移动了2λ的距离，由此距离就可求得平面波的波长。 四、实验内容及步骤 1、如图5.2，连接仪器。 图5.2 迈克尔逊干涉实验系统 2、使两喇叭口面互成900。 3、半透射板与两喇叭轴线互成450。 4、将读数机构通过它本身上带有的两个螺钉旋入底座上，使其固定在底座上，再插上反射扳，使固定反射板的法线与接受喇叭的轴线一致，可移反射板的法钱与发射喇叭轴线一致。 5、按信号源操作规程接通电源，调节衰减器使信号电平读数指示合适值。 6、将可移反射板移到读数机构的一端，在此附近测出一个极小的位置，然后旋转读数机构上的手柄使反射板移动，从表头上测出(n ＋1)个极小值，并同时从读数机构上得到相应的位移读数，从而求得可移反射板的移动距离L ，则波长n L 2=λ。 五、实验记录 1、根据实验步骤，记录数据，绘制结果曲线，计算平面波波长。 L(mm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
微波技术与天线实验指导书 南京工业大学信息科学与工程学院 通信工程系
目录 实验一微波测量系统的熟悉和调整.................. - 2 -实验二电压驻波比的测量......................... - 9 -实验三微波阻抗的测量与匹配 .................... - 12 -实验四二端口微波网络阻抗参数的测量 ............. - 17 -
实验一 微波测量系统的熟悉和调整 一、实验目的 1. 熟悉波导测量线的使用方法； 2. 掌握校准晶体检波特性的方法； 3. 观测矩形波导终端的三种状态（短路、接任意负载、匹配）时，TE 10波的电场分量沿轴向方向上的分布。 二、实验原理 1. 传输线的三种状态 对于波导系统，电场基本解为ift rm ift r e E e a b r V E --== ) /ln(0 (1) 当终端接短路负载时，导行波在终端全部被反射――纯驻波状态。 ift y ift y y e x a E e x a E E )sin( )sin( 00π π -=- 在x=a/2处 z E e e E E y ift ift y y βsin 2)(00-=+=+- 其模值为：z E E y y βsin 20= 最大值和最小值为： 2min 0max ==r r r E E E (2) 终端接任意负载时，导行波在终端部分被反射――行驻波状态。 ift y ift y y e x a E e x a E E )sin( )sin( ' 00π π +=- 在x=a/2处 z E e E E e E e E e E e E e E e E E y ift y y fit y fit y fit y ift y fit y fit y y βcos 2)()()('0 ' 0'0 '0'00'00+-=++-=+=----- 由此可见，行驻波由一行波与一驻波合成而得。其模值为：
北京邮电大学 微波仿真实验报告
实验名称：微波仿真实验 姓名：刘梦颉 班级：2011211203 学号：2011210960 班内序号：11 日期：2012年12月20日 一、实验目的 1、熟悉支节匹配的匹配原理。 2、了解微带线的工作原理和实际应用。 3、掌握Smith图解法设计微带线匹配网络。 4、掌握ADS，通过SmithChart和Momentum设计电路并仿真出结果。 二、实验要求 1、使用软件：ADS 2、实验通用参数： FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02 特性阻抗：50欧姆 3、根据题目要求完成仿真，每题截取1~3张截图。 三、实验过程及结果
第一、二次实验 实验一： 1、实验内容 Linecal的使用（工作频率1GHz） a)计算FR4基片的50欧姆微带线的宽度 b)计算FR4基片的50欧姆共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线宽 度与接地板之间的距离） 2、相关截图 （a）根据实验要求设置相应参数 （b）根据实验要求设置相应参数
实验二 1、实验内容 了解ADS Schematic的使用和设置 2、相关截图： 打开ADS软件，新建工程，新建Schematic窗口。 在Schematic中的tools中打开lineCalc，可以计算微带线的参数。
3、实验分析 通过在不同的库中可以找到想要的器件，比如理想传输线和微带线器件。在完成电路图后需要先保存电路图，然后仿真。在仿真弹出的图形窗口中，可以绘制Smith图和S参数曲线图。 实验三 1、实验内容 分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧姆四分之波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。观察Smith圆图变化。 2、相关截图 （1）理想传输线
北邮电磁场与微波实验天线部分实验报告二
信息与通信工程学院电磁场与微波实验报告
实验二网络分析仪测试八木天线方向图 一、实验目的 1．掌握网络分析仪辅助测试方法； 2．学习测量八木天线方向图方法； 3．研究在不同频率下的八木天线方向图特性。 注：重点观察不同频率下的方向图形状，如：主瓣、副瓣、后瓣、零点、前后比等; 二、实验步骤: (1) 调整分析仪到轨迹（方向图）模式; (2) 调整云台起点位置270°； (3) 寻找归一化点(最大值点); (4) 旋转云台一周并读取图形参数; (5) 坐标变换、变换频率（f600Mhz、900MHz、1200MHz），分析八木天线方向图特性； 三、实验测量图 不同频率下的测量图如下： 600MHz：
900MHz：
1200MHz：
四、结果分析 在实验中，分别对八木天线在600MHz、900MHz、1200MHz频率下的辐射圆图进行了测量，发现频率是900MHz的时候效果是最好的，圆图边沿的毛刺比较少，方向性比较好，主瓣的面积比较大。 当频率为600 MHz的时候，圆图四周的毛刺现象比较严重，当频率上升到1200MHz时，辐射圆图开始变得不规则，在某些角度时出现了很大的衰减，由对称转向了非对称，圆图边缘的毛刺现象就非常明显了，甚至在某些角度下衰减到了最小值。 从整体来看，八木天线由于测量的是无线信号，因此受周围环境的影响还是比较大的，因此在测量的时候周围的人应该避免走动，以减小对天线电磁波的反射从而减小测量带来的误差使得圆图更接近真实情况。 由实验结果分析可知：最大辐射方向基本在90°和270°这条直线上，图中旁瓣均较小，及大部分能量集中在主瓣。 八木天线由于测量的是无线信号，因此受周围环境的影响还是比较大的，因此在测量的时候应当尽量保持周边环境参数一定，以减小对天线电磁波的反射从而减小测量带来的误差使得圆图更接近真实情况。 五、实验总结
信息与通信工程学院电磁场与微波技术实验报告 班级学号班序号亚东2011211116 2011210466 22
实验二微带分支线匹配器 实验目的 1．熟悉支节匹配器的匹配原理 2．了解微带线的工作原理和实际应用 3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络 实验原理 1.支节匹配器 支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。 单支节匹配器：调谐时，主要有两个可调参量：距离d和分支线的长度l。匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是Y0+YY形式，即Y=Y0+YY，其中Y0=1/Y0 。并联开路或短路分支线的作用是抵消Y的电纳部分，使总电纳为Y0 ，实现匹配，因此，并联开路或短路分支线提供的电纳为?YY，根据该电纳值确定并联开路或短路分支线的长度l，这样就达到匹配条件。 双支节匹配器：通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（注意双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。 2.微带线 微带线是有介质Y Y(Y Y>1) 和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质Y Y，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为Y Y，介于1和Y Y之间，依赖于基片厚度H和导体宽度W。而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为Y Y、基片厚度H和导体宽度W有关。 实验容 已知：输入阻抗Zin=75Ω 负载阻抗Zl=（64+j35）Ω 特性阻抗Z0=75Ω 介质基片εr=2.55，H=1mm 假定负载在2GHz时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=1/4λ，两分支线之间的距离为d2=1/8λ。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz的变化。 实验步骤 1．根据已知计算出各参量，确定项目频率。
实验一一般微波测试系统的调试 一、实验目的 1．了解一般微波测试系统的组成及其主要元、器件的作用，初步掌握它们的调整方法。 2．掌握频率、波导波长和驻波比的测量方法。 3．掌握晶体校正曲线的绘制方法。 二、实验装置与实验原理 常用的一般微波测试系统如1-1所示（示意图）。 微波 信号源 隔离 器 可变衰减器 频率计精密 衰减 器 测量线终端 负载 测量放大器图1-1 本实验是由矩形波导（3厘米波段， 10 TE模）组成的微波测试系统。其中，微波信号源（固态源或反射式速调管振荡器）产生一个受到（方波）调制的微波高频振荡，其可调频率范围约为7.5~12.4GHz。隔离器的构成是：在一小段波导内放有一个表面涂有吸收材料的铁氧体薄片，并外加一个恒定磁场使之磁化，从而对不同方向传输的微波信号产生了不同的磁导率，导致向正方向（终端负载方向）传播的波衰减很小，而反向（向信号源）传播的波则衰减很大，此即所谓的隔离作用，它使信号源能较稳定地工作。频率计实际上就是一个可调的圆柱形谐振腔，其底部有孔（或缝隙）与波导相通。在失谐状态下它从波导内吸收的能量很小，对系统影响不大；当调到与微波信号源地频率一致（谐振）时，腔中的场最强，从波导（主传输线）内吸收的能量也较多，从而使测量放大器的指示数从某一值突然降到某一最低值，如图1－2(a)所示。此时即可从频率计的刻度上读出信号源的频率。从图1-1可知，腔与波导（主传输线）只有一个耦合元件（孔），形成主传输线的分路，这种连接方式称为吸收式（或称反应式）连接方法。另一种是，腔与主传输线有两个耦合器件，并把腔串接于主传输线中，谐振时腔中的场最强，输出的能量也较多，因而测量放大器的指示也最大，如
内蒙古工业大学信息工程学院 实验报告 课程名称：电磁场与电磁波实验名称：反射实验和极化波的产生 与检测实验类型：验证性■综合性□设计性□实验室名称：电磁场与电磁波实 验室班级：电子10-1班学号：201010203008 姓名：苏宝组别： 同组人：成绩：实验日期： 2013年5月21 电磁场与电磁波实验 实验一：反射实验 实验目的 熟悉dh926ad型数据采集仪、dh926b型微波分光仪的使用方法掌握分光仪验证电磁波 反射定律的方法 实验设备与仪器 dh926ad型数据采集仪 dh926b型微波分光仪 dh1121b型三厘米固态信号源金属板 实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍 物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和 通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 如图所示，平行极化的均匀平面波以角度? 入射到良介质表面时，入射波、反射波和折 射波可用下列式子表示为 平行极化波的斜入射示意图 实验内容与步骤 系统构建时，如图1，开启dh1121b型三厘米固态信号源。dh926b型微波分光仪的两喇 叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭位置的指针分别指于工作 平台的0-180刻度处。将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉 起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。反射全属板放到支座上时，应 使金属板平面与支座下面的小圆盘上的90-90这对刻线一致，这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。 将dh926ad型数据采集仪提供的usb电缆线的两端根据具体尺寸分别连接 图1 反射实验 到数据采集仪的usb口和计算机的usb口，此时，dh926ad型数据采集仪的usb指示灯 亮（蓝色），表示已连接好。然后打开dh926ad型数据采集仪的电源开关，电源指示灯亮（红 色），将数据采集仪的通道电缆线两端分别连接到dh926b型微波分光仪分度转台底部的光栅 通道插座和数据采集仪的相应通道口上（本实验应用软件默认为通道1）。最后，察看dh1121b 型三厘米固态信号源的“等幅”和“方波”档的设置，将dh926ad型数据采集仪的“等幅/ 方波”设置按钮等同于dh1121b型三厘米固态信号源的设置。 转动微波分光仪的小平台，使固定臂指针指在某一刻度处，这刻度数就是入射角度数， 然后转动活动臂在dh926ad型数据采集仪的表头上找到一最大指示，此时微波分光仪的活动 臂上的指针所指的刻度就是反射角度数。如果此时表头指示太大或太小，应调整微波分光仪 微波系统中的可变衰减器或晶体检波器，使表头指示接近满量程做此项实验。入射角最好取 30°至65°之间，因为入射角太大或太小接收喇叭有可能直接接收入射波。做这项实验时应 注意系统的调整和周围环境的影响。 采集过程中，dh926ad型数据采集仪的usb指示灯连续闪动（蓝色），表示采集过程正在 继续。应用软件屏幕上的信号灯颜色也随着实验的继续进行红色、绿色切换。您需要顺时针
Harbin Institute of Technology 天线原理实验报告 课程名称：天线原理 院系：电信学院 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 实验时间： 实验成绩： 哈尔滨工业大学 一、实验目的 1.掌握喇叭天线的原理。
2.掌握天线方向图等电参数的意义。 3.掌握天线测试方法。 二、实验原理 1.天线电参数 (1).发射天线电参数: a.方向图：天线的辐射电磁场在固定距离上随空间角坐标分布的图形。 b.方向性系数：在相同辐射功率，相同距离情况下，天线在该方向上的辐射功率密度Smax与无方向性天线在该方向上的辐射功率密度S0之比值。 c.有效长度：在保持该天线最大辐射场强不变的条件下，假设天线上的电流均匀分布时的等效长度。 d.天线效率：表征天线将高频电流或导波能量转换为无线电波能量的有效程度。 e.天线增益：在相同输入功率、相同距离条件下，天线在最大辐射方向上的功率密度Smax与无方向性天线在该方向上的功率密度S0之比值。 f.输入阻抗：天线输入端呈现的阻抗值。 g.极化：天线的极化是指该天线在给定空间方向上远区无线电波的极化。 h.频带宽度：天线电参数保持在规定的技术要求范围内的工作频率范围。 (2).接收天线电参数: 除了上述参数以外，接收天线还有一些特有的电参数：等效面积和等效噪声温度。 a.等效面积：天线的极化与来波极化匹配，且负载与天线阻抗共轭匹配的最佳状态下，天线在该方向上所接收的功率与入射电波功率密度之比。 b.等效噪声温度：描述天线向接收机输送噪声功率的参数。 2.喇叭天线 由逐渐张开的波导构成，是一种应用广泛的微波天线。按口径形状可分为矩形喇叭天线与圆形喇 叭天线等。波导终端开口原则上可构成波导辐射器，由于口径尺寸小，产生的波束过宽；另外， 波导终端尺寸的突变除产生高次模外，反射较大，与波导匹配不良。为改善这种情况，可使波导 尺寸加大，以便减少反射，又可在较大口径上使波束变窄。 (1).H面扇形喇叭：若保持矩形波导窄边尺寸不变，逐渐张开宽边可得H面扇形喇叭。
北邮电磁场与微波测量实验报告 实验五极化实验 学院：电子工程学院 班号：2011211204 组员： 执笔人： 学号：2011210986
一、实验目的 1．培养综合性设计电磁波实验方案的能力 2．验证电磁波的马吕斯定理 二、实验设备 S426型分光仪 三、实验原理 平面电磁波是横波，它的电场强度矢量E 和波长的传播方向垂直。如果E 在垂直于传播方向的平面沿着一条固定的直线变化，这样的横电磁波叫线极化波。在光学中也叫偏振波。偏振波电磁场沿某一方向的能量有一定关系。这就是光学中的马吕斯定律： 2 0cos I I θ = 式中I 为偏振波的强度，θ为I 与I0间的夹角。 DH926B 型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90度围，每隔5度有一刻度，所以接收喇叭的转角可以从此处读到。 四、实验步骤 1．设计利用S426型分光仪验证电磁波马吕斯定律的方案； 根据实验原理，可得设计方案：将S426型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90度围，每隔5度有一刻度，接收喇叭课程从此处读取θ（以10度为步长），继而进行验证。 2．根据设计的方案，布置仪器，验证电磁波的马吕斯定律。 实验仪器布置 通过调节，使A1取一较大值，方便实验进行。 然后，再利用前面推导出的θ，将仪器按下图布置。
五、实验数据 I（uA） θ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 理论值90 87. 3 79. 5 67. 5 52. 8 37. 2 22. 5 10. 5 2.7 0 实验值90 88 82 69 54 37 20 8 2 0.2 相对误差% 0 0.8 0.6 2.2 2.3 0.5 11. 1 14. 3 25. 9 - 1、数据分析： 由数据可看出，实验值跟理论值是接近的，相对误差基本都很小，在误差允许围，所以可以认为马吕斯定律得到了验证。 2、误差分析： 实验中可能存在仪器仪表误差，人为误差以及各组互相影响造成的误差等。但是角度比较大的时候，相对误差都比较小，也比较精准。角度比较小的时候，由于理论值较小，相对误差会大一点，但是从整体趋势来看，结果也是合理的。所以不影响我们对马吕斯定律进行验证。 六、思考题 1、垂直极化波是否能够发生折射？为什么？给出推导过程。 答：不能。 A1
实验报告 实验课程：微波技术与天线 学生姓名： 学号：61 专业班级：班 20年月日
目录 实验一微波测量系统的认识及功率测量 实验二微波波导波长、频率的测量、分析和计算 实验三微波驻波比、反射系数及阻抗特性测量、分析和计算实验四微波网络参数的测量、分析和计算
实验一微波测量系统的认识及功率测量 一、实验目的 1.熟悉基本微波测量仪器； 2.了解各种常用微波元器件； 3.学会功率的测量。 二、实验原理 1.基本微波测量仪器 (1)微波测量技术 主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量： ①微波信号特性参量 包括微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等； ②微波网络参数 包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如[S]参数）。(2)微波测量方法 包括点频测量、扫频测量和时域测量三大类： ①点频测量：信号只能工作在单一频点逐一进行测量； ②扫频测量：在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络 分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析； ③时域测量：利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析 仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。 (3)微波测量系统 由微波信号源、调配器/ 衰减器/隔离器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。
图1微波测量系统2.常用微波元器件 实验室里常见的几种元器件： (1)E-T接头（2）可变短路器（3）波导弯曲（4）波导开关 三、实验数据及处理 1、实验数据如下表： 衰减器位置 (mm) 功率计读数 (μw)
2、衰减器指示与功率指示的关系曲线 四、思考题 简述微波小功率计探头的工作原理。 微波小功率计功率探头的主体是一个铋、锑热电堆，这是将金属铋和锑用真空喷镀法镀在介质片上（介质基片可用云母、涤纶、聚烯亚胺等材料）形成热电堆后，放在波导或同轴电场最强处，它即是终端吸收负载，又是热电转换元件。所以作为终端负载，它的阻值必须与传输线的等效阻抗相匹配。当微波功率输出时，热电耦吸收微波功率使热电堆的热节点温度升高，这就与冷节点产生温差而形成温差电动势，它产生的直流电动势与输入微波功率是成正比的。热电堆输出的直流讯号是很薄弱的，指示器经直流放大后再作功率指示。
微波工程基础仿真 实验报告 学院：电子工程学院 班级：2012211xxx 学号：201221xxxx 姓名：xxxx 班内序号：xx
一、实验题目 实验一 1．了解ADS Schematic的使用和设置 2．在Schematic里，分别仿真理想电容20pF和理想电感5nH，仿真频率为（1Hz-100GHz），观察仿真结果，并分析原因。 3．Linecalc的使用 a)计算中心频率1GHz时，FR4基片的50Ω微带线的宽度 b)计算中心频率1GHz时，FR4基片的50Ω共面波导（CPW）的横截面 尺寸（中心信号线宽度与接地板之间的距离） 4．基于FR4基板，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长开路CPW线的性能参数，中心工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith 圆图变化，分析原因。 5．基于FR4基板，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长短路CPW线的性能参数，中心工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith 圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。6．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变
化原因。 7．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长短路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。 8．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω二分之一波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。 9．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω二分之一波长短路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。 实验二 10．用一段理想四分之一波长阻抗变换器匹配10欧姆到50欧姆，仿真S参数，给出-20dB带宽特性，工作频率为1GHz。 11．用一段FR4基片上四分之一波长阻抗变换器匹配10欧姆到50欧姆，仿真S参数，给出-20dB带宽特性，工作频率为1GHz，比较分析题1和题2的结果。
实验3：利用 HFSS 仿真分析矩形波导 一、 实验原理 矩形波导的结构（如图1），尺寸a×b, a>b ，在矩形波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。 图1 矩形波导 1） TE 模，0=z E 。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γππ-= 2 cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k e γπππωμ-= 2 sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=- 2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γλπ ππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γλπ ππ-= 其中，c k =2 2 m n a b ππ???? ? ????? +而mn H 是与激励源有关的待定常数。 2） TM 模 Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和mn TE 模， m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即
c k （mn TM ）=c k （mn TE ） = 所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）= 2 2 2?? ? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ） 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ
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