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指导老师：何琛娟 时间：2011.05.23
【摘要】
消音板
本实验利用反射式速调管产生微波信号，利用静态法和动态法研究了速调管的最佳振荡模，最佳振荡模附近的调频特性和P-Ur关系，利用方波观察了速调管的调幅特性。最后对于不同负载情况下，测量波导管内的驻波比。 【关键字】：微波 速调管 驻波比
【引言】
微波是频率非常高、波长非常短的电磁波，其波长范围在0.1cm到100cm之间．微波的波长决定了它的性质既不同于无线电波也不同于光波。微波的应用领域、研究方法和所用的传输元件、测量装置都与别的波段的电磁波不同而自成体系，成为一门独立的学科．微波具有独
特的性质：高频特性，振荡频率在300MHz以上；短波性，波长比一般的宏观物体小得多；似光性，微波的传播方向行很强；量子特性．反射式速调管是常用的小功率微波产生装置，利用运动的电子将直流电源能量转换为高频振动能量．微波技术发展迅速，在许多领域有重要的应用．本次实验用反射式速调管产生微波，研究、测量微波的相应特性． 【实验原理】
1.反射式速调管
反射式速调管是利用运动的电子将直流电源能量转换为高频振动能量的器件，是实验室中常用的小功率微波信号源。
(1) 反射式速调管的工作原理
反射式速调管的电路图如图1所示：
图1： 反射式速调管的电路图
反射式速调管由阴极部分、谐振腔和反射极组成．阴极部分发射电子形成电子束；谐振腔类似于LC振荡电路，相对于阴极有正电位，电子在栅网间来回运动形成振荡电流，进而形成振荡电场，圆环就产生相应的磁场．谐振腔反过来对电子速度进行调制．谐振腔工作原理如图2所示；反射极相对于阴极有负电位，将穿过栅网的电子阻挡回。
dc-hsdpa
图2 ：谐振腔工作原理
电子进入栅网的时间可能不一样，但经过谐振腔微波场的调制不同，使得离开栅网的速度不同，因而经过拒斥场有可能同时再次返回谐振腔，如图3所示，形成一的电子团，就会在谐振腔的壁上感应出一次次的电流脉冲。若电流脉冲的重复频率与谐振腔的固有频率相同，就会产生谐振形成微波。振荡的相位条件为：
(1)
其中T为微波振荡周期，为聚中心电子渡越时间：
五羟基己醛 图3： 反射式速调管内的电子的运动图
(2)反射式速调管的工作特性
速调管的输出功率具有以下特点：
1)Ur只有为某些特定值速调管才有微波输出，每一个输出功率的区域叫做一个振荡模；
条纹码
2)振荡模中心输出功率最大，Ur变化时输出功率P和振荡频率f都会发生变化；
3)不同振荡模输出功率不同，有一个输出功率最大叫做最佳振荡模．为了使速调管具有最大的输出功率和较稳定的工作频率，通常要求速调管工作在最佳振荡模中心的反射极电压上。
(3)反射式速调管的三种工作状态
1)连续振荡状态：Ur恒定，输出连续、等幅、单频的微波振荡；
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2)调幅状态：Ur叠加理想方波电压，方波幅值变化，输出功率亦变化，如图四所示；
3)调频状态：Ur叠加锯齿波，如图五所示。
图4 ：速调管方波调幅特性 图5 ：速调管锯齿波调频特性
2.微波的传输
波导管是空心的金属管，其截面有圆形和矩形两种。波导管中可以传播两大类电磁波：a、横电波(或磁波)TE(或H)波，电场只有横向分量；b、横磁波(或电波)TM(或E)波，磁场只有横向分量。标准矩形波导管只能传播TE波。矩形波导管如图6所示，波导管中传播的波的电磁场结构如图7所示。
图6：波导管 图7: 波的电磁场结构
(1)反射系数、驻波比
如果波导不是均匀和无限长的，则在波导中存在入射波和反射波．若距离由终端负载算起
则：
(2)
其中， 是电场，是入射波和反射波的振幅，表示距离。
定义反射系数为波导中某横截面处电场反射波与入射波之比，即
Γ= (3)
其中为终端反射系数，表示在终端反射时所引起的附加相位．这时(2)可以写成
(4)
当驻波电场达到最大值(波腹)
当驻波电场达到最小值(波节)
定义驻波电场的最大值与最小值的比为驻波比S：
(5)
(2)波导的传输状态
当微波功率全部为终端负载所吸收，波导中传播的是行波，称为匹配状态。此时波导中不存在反射波， =0， =0
波导终端是理想导体时，称短路终端，形成全反射，波导中传播的是纯驻波， =1，
一般情况下传播的不是单纯的行波或驻波，此时，称为混波状态。
3.微波的测量
(1)频率的测量—谐振式频率计：频率计于微波功率发生强烈的共振吸收，会使输出功率明显减小，由频率计谐振腔长度可得到微波的频率。
(2)功率测量—晶体检波器：晶体检波器中的微波二极管将微波信号转换成直流电信号。检波二极管用平方律检波，即。
(3)驻波比的测量—测量线：测量线的探针在水平槽中移动，将一部分功率耦合出来，可以测得沿槽线方向电场的相对强度分布。实验中用的具体方法：
水稻田A)小驻波比()的测量：多测几组波幅、波节，对于平方率检波，有：
(6)
B)中驻波比()的测量：测一个波腹与波节即可：
(7)
C)大驻波比()的测量：二倍极小功率法，如图8所示．由左图测得极小功率二倍的两点间距离W，由右图测得波导波长，则驻波比为：
(8)
图8： 二倍极小功率法和驻波曲线
【实验装置】
本次实验使用的仪器主要有速调管，晶体检波器，波长计，测量线，电源，速调管座，单向器，定向耦合器，可调衰减器，各种终端，微安计，检流计，示波器等．其中速调管产生微波，波长计测量微波频率，检波器测功率，测量线测量驻波比，各种终端形成不同的微波传输状态，示波器观察速调管调频调幅特性．实验装置如图9所示。
图9： 微波实验仪器装置图
【实验步骤】
(1)按要求连接好线路。
(2)速调管工作方式为等幅，观察速调管特性，测绘P-Ur图及最佳振荡模P-Ur、f-Ur图。
(3)用锯齿波观察速调管的调频特性，记录振荡模图形，观测各振荡峰频率，测量最佳振荡模各点的频率及调制电压。用方波观察速调管的调幅特性。
(4)速调管工作方式为等幅且在最佳振荡模的峰位，测量不同负载下的驻波比。
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