3.0-7

 

从上面的公式和分布图可以看出TE10波具有下列特点:

1)存在截止波长,只有波长的电磁波才能在矩形波导中传播。

2)波导波长,由于光速,相速度,显然,波在波导中传播的相速度大于光速。这里说的相速度只是位相变化的速度,并不是波导电磁波能量的传播速度(即群速度)。的关系为:

 

                                                 3.0.19

 

可以看出群速度小于光速。

3)电场矢量(EY)垂直于波导宽壁,而磁场矢量()在平行于波导宽壁的平面内。沿方向上,的分布、变化规律相同,也就是说最大处也最大, 为零处也为零。在截面上,沿方向皆呈正分布,在处为零,在处为最大。呈余弦分布,在处最大,在处为零。可见,电磁场在波导宽边上形成一驻立半波。而沿方向均无变化,表示电磁场沿方向是均匀分布的。符号“TE10”的第一个脚标“1即表示电磁场在宽边上(方向)有一个半波的变化,而第二个脚标“0即表示在窄边上(方向)均匀分布。

2.波导管的工作状态

上面讨论的是在均匀、无限长的波导中TE10波传输情况,这时只有沿轴传输的波,没有反射波。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,它们互相干涉的结果,使波导中电场强度和磁场强度均形成驻波。在电场驻波的腹点和节点上所出现的电场最大值和最小值应该分别等于入射波电场和反射波电场的模数之和与差,即

为描述驻波,引入反射系数与驻波比的概念。反射系数定义为

                                       3.0.20

*的相位差。驻波比定义为

                                     3.0.21                                       

*有以下关系

                              3.0.22

由上可知,微波在波导管中传输时,存在以下几种工作状态;

a. 当微波功率全部为终端负载所吸收时(这种负载称为“匹配负载”),波导中不存在反射波,即只有行波。此时,。这种状态称为匹配状态。

b. 当波导终端是理想反射面时(称终端短路),形成全反射,这时波导中形成纯驻波。此时。这种状态称为纯驻波状态。

c. 在一般情况下,负载吸收部分入射波,产生部分反射波,于是。场分布是一个行波和驻波的叠加,称为混波状态。

(二)、微波元件

微波元件是微波系统的重要组成部分,实验前必须了解其结构、原理和性能。下面介绍一些实验中要使用的有代表性的典型元件。

1.  可调衰减器

衰减器的作用是使通过它的微波产生一定量的衰减,常用来调节微波功率电平。实验用的吸收式衰减器的是利用置入其中的吸收介质片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。衰减量的大小可通过改变吸收片的位置来调节。

2.隔离器

隔离器是一种不可逆的微波衰减器,它是利用铁氧体的旋磁性制成的微波铁氧体器件。它对正方向通过的电磁波能量几乎不衰减,而在反方向上却衰减很大,电磁波几乎不能通过。在微波振荡器后加上隔离器,使源工作稳定。

隔离器的性能一般用隔离度表示。但计算隔离度需要已知正向和反向的绝对衰减,而正向衰减小、传输功率大,不满足平方律检波,这会给测量带来极大的误差。所以在实际测量中一般不测隔离度。而改测隔离器的正、反向损耗。

一般要求正向损耗<0.5dB,反向损耗>20 dB

3.匹配负载

匹配负载是一种接在传输系统终端的单口微波元件,结构如图3.0-8所示,其中尖劈形的吸收片位于宽壁中线上,且与窄边保持平行。它能几乎无反射地吸收入射波的全部功率。因此,当需要在传输系统中建立起行波状态时,可用匹配负载。

 

 

3.0-8

 

4.螺钉调配器

螺钉调配器是专门用来调节匹配的。它由一段在宽边中心线上开槽的波导管和从开口槽插入波导的螺钉组成(见图3.0-9),螺钉的插入深度和位置可以调节。螺钉在波导管中要反射一部分微波能量,调节插入位置可以改变反射波的相位。当螺钉的深度和位置适当时,它能使后边反射来的波再反射回去,从而使其后面的微波元件调成匹配状态,使系统达到匹配。

 

                             3.0-9

 

5.晶体检波器

晶体检波器是用来检测微波信号的,它的主体是一个置于传输系统中的晶体二极管(图3.0-10),利用它的非线性进行检波,将微波信号转换为直流或低频信号,以使用普通的仪表指示。由于晶体二极管是从波导宽边中心插入,它对两宽壁间的感应电压进行检波。如果加于晶体二极管上的电压较小,符合平方律检波,则晶体二极管电流与晶体二极管检波接受的功率成正比。因此可由输出检波电流的大小,检测微波功率的强弱。图3.0-10为一种可调谐检波器,它可通过波导终端的短路活塞和输入端的螺钉匹配器进行调谐,使波导与检波管匹配。实验时应先调节这些调谐元件,使输出的检波电流达到最大,这时检波灵敏度最高。

3.0-10

6. 驻波测量线

驻波测量线是由一段沿宽边开有细长槽的直波导与一个可沿槽移动的带有微波晶体检波器的探针探头组成,如图3.0-11所示。

 

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