微波波长

实验三--微波波导波长与频率

的测量

实验三微波波导波长与频率的测量、分析和计算

一、实验目的

(1)熟悉微波测量线的使用；

(2)学会测量微波波导波长和信号源频率；

(3)分析和计算波导波长及微波频率。

二、实验原理

测量线的基本测量原理是基于无耗均匀传输

线理论，当终端负载与测量线匹配时测量线内是

行波；当终端负载为短路或开路时，传输线上为

纯驻波，能量全部反射。根据驻波分布的特性，

在波导系统终端短路时，传输系统中会形成纯驻

波分布状态，在这种情况下，两个驻波波节点之

间的距离即为波导波长的1/2，所以只要测量出

两个驻波波节点之间的距离，就可以得到信号源

工作频率所对应的波导波长。

方法一：通过测量线上的驻波比，然后换算出

反射系数模值，再利用驻波最小点位置d

min

便

可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、网络

特性等。根据这一原理，在测得一组驻波最小点

位置d

1

，d

2

，d

3

，d

4

…后，由于相邻波节点的

距离是波导波长的1/2，这样便可通过下式算出

波导波长。



























0min1

0min20min30min4

2342

1

dd

dddddd

g



(3-1)

方法二：交叉读数法测量波导波长，如图3-1

所示。

图3-1交叉读数法测量波节点位置

为了使测量波导波长的精度较高(接近实际

的波导波长)，采用交叉读数法测量波导波长。

在测试系统调整良好状态下，通过测定一个驻波

波节点两侧相等的电流指示值I

0

(可选取最大值

的20%)所对应的两个位置d

1

、d

2

，则取d

1

、

d

2

之和的平均值，得到对应驻波波节点的位置

d

min1

。用同样的方法测定另一个相邻波节点的位

置d

min2

，如图3-1所示，则d

min1

、d

mi

n2与

系统中波导波长之间的关系为：

)(

2

1

);(

2

1

432min211min

dddddd(3-2)

1min2min

2dd

g



(3-3)

在波导中，还可利用下面公式计算波导波

长：

ag21

0

0









(3-4)

式中，λ

0

为真空中自由空间的波长。本实验

中波导型号为BJ-100，其宽边为a=22.86

mm，代入上式计算出波导波长。

信号源工作频率f(对应工作波长λ)可由下

式求得：(其中：

22

cg

cg









)



8103

f

(3-5)

信号源工作频率亦可用吸收式频率计测量。

实验中采用的吸收式频率计连在信号源与检波

器之间。当吸收式频率计失谐时，微波能量几乎

全部通过频率计，此时选频放大器指示最大。使

用时，缓慢旋转频率计套筒，即调节吸收式频率

计，当调节频率计至谐振状态时，选频放大器指

示表上观察到信号大小发生明显的变化，并达到

最小处，此时一部分能量被频率计吸收，并可以

确定此时读得吸收式频率计上指示的频率即为

信号源工作频率。

三、实验内容和步骤

1.按图1-1所示连接微波测量系统，打开信号

源、选频放大器的电源，将信号源设置在方波

调制工作方式，将衰减器调整到合适位置，使

选频放大器输出指示不超过满量程，即使系统

工作在最佳状态。

2.测量线终端接短路板，从负载端开始旋转旋

钮，移动测量线上探头座，使选频放大器指示

最小，此时即为测量线等效短路面，记录此时

的探针初始位置，记作d

min0

，并记录数据;

3.继续旋转移动探头座位置，选择合适的驻波波

节点，一般选在测量线的有效行程的中间位置，

并选择一个合适的检波指示值(I

0

)，如图3-1中

所示，然后按交叉读数法测量波导波长。测量

三组数据，取算术平均值作为波导波长的测量

值，记入表3-1；

4.将数据代入式(3-1)、式(3-2)计算出波导波长。

5.用频率计测量信号源工作频率：缓慢旋转频率

计套筒，即调节吸收式频率计，当调节频率计

至谐振状态时，选频放大器指示表上观察到信

号大小发生明显的变化，并达到最小处，此时

一部分能量被频率计吸收，并可以确定此时读

得吸收式频率计上指示的频率即为信号源工作

频率。读取频率值时，在频率计上两条水平红

线之间读取竖向红线处的频率刻度值。反复测

3次，取其平均值，记入表3-2。

6.将频率计测量结果、波导波长测量结果及计算

结果进行比较。

注意事项：

(1)频率计是用来测量频率的仪器，而不是用来

调整频率的微波元器件。测完频率后应将频率计

调至失谐。

(2)波导波长的测量方法中要注意指示值不要太

大，尽量不要在测量线的两端，而是放在测量线

的中端进行测量，读数要仔细。

(3)测量波长时，测量线探针座位置应该向一个

方向移动，以免引入机械回差。

四、实验结果及数据处理

探针初始位置d

min0

=79.72mm

表3-1（a）方法一的测量波导波长数据记录

表(单位：mm)

1min

d

2min

d

3min

d

位置读数

测量次数

1103.04124.44147.16

2102.06125.10146.88

3103.76124.72146.28

表3-1（b）方法二的测量波导波长数据记录

表（单位：mm）

位置读数

测量次数

1

d

2

d

3

d

4

d

1min

d

2min

d

199.1

2

105.

74

121.

18

127.

84

102.

06

125.

10

299.1

0

106.

08

120.

70

128.

24

103.

76

124.

72

399.1

2

105.

88

120.

90

128.

10

103.

04

124.

44

注：上表中

1min

d和

2min

d为实际测量值。

计算得：

方法一：

第1次测量：mmdd

dddd

g

44.45]

23

[

3

2

0min1

0min20min3









第2次测量：mmdd

dddd

g

94.44]

23

[

3

2

0min1

0min20min3









第3次测量：mmdd

dddd

g

81.45]

23

[

3

2

0min1

0min20min3









mm

g

39.45

mma

c

72.452

mm

cg

cg21.32

22













GHzf313.9

1038









方法二：

第1次测量：

mmddd

mmddd

51.124)(

2

1

43.102)(

2

1

432min

211min





mmdd

g

16.442

1min2min



第2次测量：

mmddd

mmddd

47.124)(

2

1

59.102)(

2

1

432min

211min





mmdd

g

76.432

1min2min



第3次测量：

mmddd

mmddd

50.124)(

2

1

50.102)(

2

1

432min

211min





mmdd442

1min2min



g



mm

g

97.43

mma

c

72.452

mm

cg

cg69.31

22













GHzf466.9

1038









表3-2频率测量数据记录表

频率测量

次数

123

f(GHz)9.3689.3669.368

计算得：

第1次测量：m

f

032.0

1038







第2次测量：m

f

032.0

1038







第3次测量：m

f

032.0

1038







mm32

GHz

fff

f367.9

3

321





经比较分析可知：方法一测量计算得波导波

长为mm

g

39.45，工作波长为mm21.32，工作频率为

GHzf313.9；方法二测量计算得波导波长为

mm

g

97.43，工作波长为mm69.31，工作频率为

GHzf466.9；而频率计测量的工作频率为GHzf367.9，

计算得工作波长为mm32。计算值和测量值近似

相等。

五、思考及体会：

测量线为什么在波导中心线开槽？

微波测量线是测量波导中微波电场分布的

精密仪器，它的结构是一段在宽边中心线上开槽

的波导管和可沿槽线滑动的探针，它在微波测量

中用途很广，可测驻波，阻抗，相位，波长等，

测量线通常由一段开槽的传输线，探头，传动装

置三部分组成，由于耦合探针伸入传输线而引入

不均匀性，其作用相当于在线上并联一个导纳，

从而影响到系统的工作状态。矩形波导中的主模

为TE10模,而由TE10的管壁电流分布可知,在波

导宽边中线处只有纵向电流。因此沿波导宽边的

中线开槽不会因切断管壁电流而影响波导内的

场分布,也不会引起波导内电磁波由开槽口向外

辐射能量。

小结：通过本次实验，我进一步熟悉了微波

测量线的使用方法，学会了测量微波波导波长和

信号源频率，以及波导波长及微波频率的计算方

法。