亚美微波 YAMEI MICROWAVE
实验三 波导波长（导内波长）的测量和驻波测量
一、实验目的和要求
应用所学理论知识，理解和掌握单模矩形波导短路情况下内部电场沿轴线的分布规律。学会利用微波测量系统测量波导内部导行波的相波长（波导波长或称导内波长λg）。
驻波系数的测量是微波测量中最基本的测量。本实验要求学会利用测量线进行驻波测量。
二、实验内容
1．利用微波测量系统测量波导内部的波导波长λg。
2．用直接法测量电容性、电感性膜片和匹配负载（BD20-7）等的驻波系数。 3．用等指示度法测量短路情况下（接上短路板）的大驻波系数。
三、实验原理
当矩形波导（单模传输TE10模）终端（Z＝0）短路时，将形成驻波状态。波导内部电场强度（参见图三之坐标系）表达式为：
E ＝ EY ＝ E0 sin（ ?Xa ） sin?Z
在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示。
将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态（如波节点和波腹点的位置等）。
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图 三
Y
b
Z
0
a
X
1． 测量波导波长（λg）
终端短路面
将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态。调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺上的刻度值Z1节和Z2节），就可求得波导波长为：
?P ＝ 2 Z1节 － Z2节
由于在电压波节点附近，电场（及对应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动“足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：
把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有明显变化）。记取同一电压波节点两侧电流值相同（I0）时小探针所处的两个不同位置（Z1左及Z1右）（电流值越小越精确），则其平均值即为理论节点位置：
1Z1节 ＝ ? Z1左 ? Z2右 ?
2用相同的方法测得相邻电压波节点（Z2节）处的Z2左及Z2右
1Z2节 ＝ ? Z2左 ? Z2右 ?
2最后可得?g ＝ 2 Z1节 － Z2节 （参见图四）
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I
图 四
I0
Z1左
Z1右
Z腹
Z2左
Z2右
0
Z
Z1节 Z2节
注意：① 测出一个电压波节点位置之后，将小探针向相邻波节点移动时，要随时加大选频放大器的衰减量，以防选频放大器电流表过载损坏！
② 为检验测量的准确性，可以应用理论公式进行验算：
?g ＝ ???? 1 ? ? ? ?2a?2
其中：?g＝3?108/f，a＝2.286cm
2． 测量电压驻波比（ρ）
驻波系数测量是微波测量中最基本的测量。通过驻波测量，不仅可以了解传输线上的场分布，而且可以测量阻抗、波长、相位移、衰减、Q值等其它参量，传输线上存在驻波时，能量不能有效地传到负载，这就增加了损耗；大功率传输时，由于驻波的存在，驻波电场的最大点处可能产生击穿打火，因而驻波的测量以及调配是十分重要的。
根据驻波系数定义，可知ρ的取值范围为1≤ρ＜∞，通常按ρ的大小可分三类：
ρ＜3为小驻波比 ； 3≤ρ≤10为中驻波比 ； ρ＞10为大驻波比。 驻波系数的测量方法很多，有测量线法、反射计法、电桥法和谐振法等，用测量线进行驻波系数测量的主要方法及应用条件由表Ⅰ列出：
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表Ⅰ 用测量线测驻波系数的方法及应用条件 测试方法 直接法 等指示度法 功率衰减法 节点偏移法 移动终端法
这里我们将介绍用测量线测量驻波比的直接法和等指示度法。
（1）直接法：测试方框如图1。在测量线的端口连接待测的微波元器件。将测量线探头沿线移动，测出相应各点的驻波场强分布，找到驻波电场的最大点与最小点，直接代入公式（3）就可以得到其驻波比。如测量线上的晶体检波律
应用条件 中小驻波比ρ≤10 大驻波比ρ＞10 适用任意驻波比 适用源驻波比 适用测量线剩余驻波比 ?amax?为n，则：?＝??a?? a为输出电表指示。
?min?通常在实验室条件下检波功率电平较小，可以认为基本特性为平方律，即n＝2，有
1n?＝???amax??? a?min?1以上。当驻波系数在212为提高测量精度，必须尽量使电表指针偏在满刻度
1.05＜ρ＜1.5时，由于驻波场的最大与最小值相差不大，且变化不尖锐，不易测准。为提高测量准确度，可移动探针到几个波腹与波节点，记录数据，然后取其平均值。
直接法的测试范围受限于晶体的噪声电平及平方律检波范围。
本实验中使用的选频放大器已近似按平方律检波的规律，直接标出驻波比小于10的刻度，可读出驻波比值。方法是：测量线滑座调到波腹点，调节选频放大器的衰减旋钮，使表头指示值到满刻度。然后调节测量线滑座至波节点（即指示最小值）。此时选频放大器驻波比刻度的值即为负载的驻波比。如驻波比＞4，则“分贝”开关增加10dB，读下刻度3.2～10的刻度值。
（2）等指示度法（二倍最小法）：当被测器件的驻波系数大于10时，由于驻波最大与最小处的电压相差很大，若在驻波最小点处使晶体输出的指示电表上
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得到明显的偏转，那么在驻波最大点时由于电压较大，往往使晶体的检波特性偏离平方律，这样用直接法测量就会引入很大的误差。
等指示度法是通过测量驻波图形在最小点附近场强的分布规律，从而计算出驻波系数，如图五所示。若最小点处的电表指示为Z，在最小点两边取等指示点
a1，两等指示度点之间的距离为W，有a1＝Kamin，设晶体检波律为n，由驻波场的分布公式可以推出：
K2/n－cos2?＝?W?g?Wsin2?g ?????????? （1）
通常取K＝2（二倍最小法），且设n＝2，有
1??Wsin2???g??＝1????? ?????????? （2）
a W Kami n
amin
D
Z1节 Zmin Z2节
图五 最小点附近场分布
当ρ＞10时，上式可简化为 ???g ?????????? （3） ?W只要测出波导波长及相应于两倍最小点读数的两点Z1节、Z2节之间的距离W，代入（3）式，即可求出驻波比ρ。
可以看到，驻波系数ρ越大，W/?g的值就愈小，因而，宽度W和波导波长?g的测量精度对测量结果的影响很大，特别是在大驻波比时，须要用高精度的位置指示装置如千分表，测量线探针移动时应尽可能朝一个方向，不要来回晃动，以免测量线齿轮间隙的“回差”影响精度，在测量驻波最小点位置时，为减小误差，亦必须采用“交叉读数法”。
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