发布时间 : 星期四 文章用谐振腔微扰法测量微波介质特性更新完毕开始阅读e467b18b78563c1ec5da50e2524de518974bd30c
--WORD格式--可编辑---
?????j???， tan??，
，，
???， 16 ??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
fs?f0V??2(???1)S f0V0?V1?4???S 17 QLV0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
?(1)?1?1 18
QLQLSQL0QL0，QLS分别为放人样品前后的谐振腔有载品质因数。
2.2 实验装置
图3 测试系统组成
1．波导管：本实验所使用的波导管型号为BJ—100，其内腔尺寸为α＝22.86mm，b＝10．16mm。其主模频率范围为8.20～12.50GHz，截止频率为6.557GHz。 2．隔离器：位于磁场中的某些铁氧体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同的吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性。隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输作用。
3．衰减器：把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。衰减器起调节系统中微波功率以及去耦合的作用。
4．谐振式频率计（波长表）：
电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本上不影响波导中波的传输。当电磁波的频率满足空腔的谐振条件时，
--
--WORD格式--可编辑---
发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。
5．晶体检波器：从波导宽壁中点耦合出两宽壁间的感应电压，经微波二极管进行检波，调节其短路活塞位置，可使检波管处于微波的波腹点，以获得最高的检波效率。
6．环行器：它是使微波能量按一定顺序传输的铁氧体器件。主要结构为波导Y形接头，在接头中心放一铁氧体圆柱(或三角形铁氧体块)，在接头外面有“U”形永磁铁，它提供恒定磁场H0。当能量从1-端口输入时， 只能从2端口输出，3端口隔离，同样，当能量从2端图4 Y行环形器 口输入时只有3端口输出，1端口无输出，以此类推即得能量传输方向为1→2→3→1的单向环行(见图4)。
2.3 实验操作
1． 按图接好各部件。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20分钟。
3． 将检波晶体的输出与示波器CH2输入相连，信号源的扫描输出与示波器的CH1相
连，工作方式选择“X-Y”方式，信号源工作方式选“扫频”。 4． 调解输出信号的频率，使示波器上出现谐振曲线，并使谐振曲线的吸收峰（最小值）
位于扫描线中间。此时的微波频率为谐振腔的谐振频。 5． 信号源工作方式选“点频”，用直读频率计测量谐振频率，记录数据f0； 6． 测定示波器横轴的频标系数，具体作法如下：
（1） 将与波长表相连的晶体检波器的输出与示波器CH2相连，微波信号源的工
作方式选择为“扫频”，此时在示波器上能观察到波长表在示波器上所形成的“缺口尖端—吸收峰”标志点；
（2） 读出此时的波长表读数，查表换算成频率值调节波长表，记为f01； （3） 调波长表，使吸收峰在示波器上移动2cm，读出所对应的频率值f02;
（4） 算出频差?f （5） 重复5次，取平均值 （6） 计算频标系数K??f?L
7． 在示波器上测量谐振曲线的半功率点距离|L1-L2|，由K值计算出半功率宽度|f1-f2|，
由公式15计算谐振腔的品质因数QL；
8． 插入待测样品，改变信号源的中心工作频率，使谐振腔处于谐振状态，重复步骤7，
测谐振频率fs和半功率宽度|f1`-f2`|。计算放入样品后的品质因数。 9． 测量介质棒体积。
8．计算介质棒的介电常数和介电损耗角正切。 实验数据处理：
1、 用直读式频率计测量谐振频 2、 计算频标系数
--
--WORD格式--可编辑---
3、 计算谐振腔的有载品质因数QL 4、 计算放入不同样品后的品质因数
5、 计算不同介质棒的介电常数和介电损耗角正切
数据记录：
1、f0= GHz
2、测量频标系数： 次数 f01 f02 频差 K QL测量 测量次数 1 2 3 4 5 半功率点距离|L1-L2| 半功率宽度|f1-f2| QL 1 2 3 4 5 K平均 Q`L测量（样品1） 测量次数 1 2 3 4 5 半功率点距离|L`1-L`2| 半功率宽度|f`1-f`2| QL Q`L测量（样品2） 测量次数 1 2 3 4 5 半功率点距离|L`1-L`2| 半功率宽度|f`1-f`2| QL
Q`L测量（样品3） 测量次数 1 2 --
半功率点距离|L`1-L`2| 半功率宽度|f`1-f`2| QL --WORD格式--可编辑---
3 4 5 谐振腔的几何尺寸
L= a= b= 壁厚
谐振腔体积V0=
样品1的几何尺寸 直径： 长：
体积Vs：
样品2的几何尺寸 直径： 长：
体积Vs：
样品3的几何尺寸 直径： 长：
体积Vs：
--