微波技术基础实验指导书谐振腔

微波技术基础实验指导书

郭伟 陈柯 编

华中科技大学电信系

前 言

与更早时期定位在波导与场论相比，现代微波工程中占支配地位的内容是分布电路分析。当今大多数微波工程师从事平面结构元件和集成电路设计，无需直接求助于电磁场分析。当今微波工程师所使用的基本工具是微波CAD（计算机辅助设计）软件和网络分析仪，而微波技术的教学必须对此给出回应，把重点转移到网络分析、平面电路和元器件以及有源电路设计方面。微波技术仍总离不开电磁学（许多较为复杂的CAD软件包要使用严格的电磁场理论求解），而学生仍将从揭示事物的本质中受益（诸如波导模式和通过小孔耦合），但是把重点改变到微波电路分析和设计上这一点是不容置疑的。

微波与射频（RF）技术已蔓延到了各个方面。在商业等领域，更是如此，其现代应用包括蜂窝电话、个人通信系统、无线局域数据网、车载毫米波防撞雷达、用于广播和电视的直播卫星、全球定位系统（GPS）、射频识别标识（identification tagging）、超宽频带无线通信和雷达系统以及微波环境遥感系统。防卫系统继续大量地依靠微波技术用于无源和有源测向、通信以及武器操控系统。这样的业务发展态势意味着，在可预见的将来，在射频和微波工程方面不存在缺少挑战

第三章 光学谐振腔理论

一、 学习要求与重点难点 学习要求

1． 了解光学谐振腔的构成、分类和模式等基本知识，及其研究方法。 2． 理解腔的损耗和无源腔的单模线宽。 3． 掌握传播矩阵和光学谐振腔的稳定条件。

4． 理解自再现模积分本征方程，了解针对平行平面腔模的数值迭代解法，理解针对

球面对称共焦腔模式积分本征方程的近似方法及其解。 5． 掌握等价共焦腔方法，掌握谐振腔的模式概念和光束特性。 6． 了解非稳腔的模式理论。

重点

1．

2． 3． 4． 5． 6． 7． 8．

谐振腔的作用，谐振腔的构成和分类，腔和模的联系； 传播矩阵分析方法； 光学谐振腔的稳定条件； 模自再现概念；

自再现模积分本征方程的建立，及其近似；

球面对称共焦腔积分本征方程的近似方法，及其解； 谐振腔的横纵模式和光束特性； 稳定谐振腔的等价共焦腔。

难点

1． 传播矩阵的近似； 2． 非稳腔；

3． 模自再现概念；

4． 自再现模积分本征方程的建立

5． 球面对称共焦腔积分本征方程的近似方法，及其解； 6． 谐振腔的横纵模式和光束特性；

二、知识点总结

?分立的本征态有限范围的电磁场??驻波条件?形成驻波?纵模??????光的频率（振荡频率，空间分布）????模式的

微波技术与天线 实验指导书

南京工业大学 信息科学与工程学院

通信工程系

目录

实验一 微波测量系统的熟悉和调整 .................. - 2 -

实验二 电压驻波比的测量 ......................... - 9 -

实验三 微波阻抗的测量与匹配 .................... - 12 -

实验四 二端口微波网络阻抗参数的测量 ............. - 17 -

- 1 -

实验一 微波测量系统的熟悉和调整

一、实验目的

1. 熟悉波导测量线的使用方法； 2. 掌握校准晶体检波特性的方法；

3. 观测矩形波导终端的三种状态（短路、接任意负载、匹配）时，TE10波的电场分量沿轴向方向上的分布。

二、实验原理

1. 传输线的三种状态

对于波导系统，电场基本解为Er?V0e?ift?Erme?ift

rln(b/a)(1) 当终端接短路负载时，导行波在终端全部被反射――纯驻波状态。

Ey?Ey0sin(?ax)e?ift?Ey0sin(?ax)eift

在x=a/2处

Ey?Ey0(e?ift?e?ift)??2Ey0sin?z

其模值为：Ey?2Ey0sin?z 最大值和最小值为：

第三章 光学谐振腔理论

一、 学习要求与重点难点 学习要求

1． 了解光学谐振腔的构成、分类和模式等基本知识，及其研究方法。 2． 理解腔的损耗和无源腔的单模线宽。 3． 掌握传播矩阵和光学谐振腔的稳定条件。

4． 理解自再现模积分本征方程，了解针对平行平面腔模的数值迭代解法，理解针对

球面对称共焦腔模式积分本征方程的近似方法及其解。 5． 掌握等价共焦腔方法，掌握谐振腔的模式概念和光束特性。 6． 了解非稳腔的模式理论。

重点

1．

2． 3． 4． 5． 6． 7． 8．

谐振腔的作用，谐振腔的构成和分类，腔和模的联系； 传播矩阵分析方法； 光学谐振腔的稳定条件； 模自再现概念；

自再现模积分本征方程的建立，及其近似；

球面对称共焦腔积分本征方程的近似方法，及其解； 谐振腔的横纵模式和光束特性； 稳定谐振腔的等价共焦腔。

难点

1． 传播矩阵的近似； 2． 非稳腔；

3． 模自再现概念；

4． 自再现模积分本征方程的建立

5． 球面对称共焦腔积分本征方程的近似方法，及其解； 6． 谐振腔的横纵模式和光束特性；

二、知识点总结

?分立的本征态有限范围的电磁场??驻波条件?形成驻波?纵模??????光的频率（振荡频率，空间分布）????模式的

实验一 微波基础计算器与MWO软件熟悉

一、 实验目的

1. 掌握传输线（长线）基本理论； 2. 熟练掌握Smith圆图的工作原理；

3. 熟练使用微波技术基础计算器计算单枝节线匹配。 4. 熟悉MWO软件界面和基本操作。

二、 实验原理

微波技术基础计算器是以微波计算为基础的进行专业计算的工具。实现了微波技术基础理论中长线（传输线）理论、Smith圆图、网络理论等部分的计算。此计数器共包括：长线上任意点输入阻抗、反射系数、行波系数、驻波比的计算；smith圆图的绘制；任意长线和负载的单枝节匹配；双口网络S、Z、Y、A参数的相互转换。

1、长线理论

基础知识回顾：--微波传输线（长线）理论 (Q1: 传输线理论中基本物理量是什么？)

电压波与电流波（入射与反射）关系：

V(z)?V?(z)?V?(z)?V?e?j?z?V?ej?zI(z)?I?(z)?I?(z)? 1[V?e?j?z?V?ej?z]Z0理想(无耗)均匀传输线的传输特性归结为两个实数：传播常数?和特性阻抗??。传输线理论三套参量：输入阻抗?in，反射系数?，驻波参量（驻波系数?和最小距离lmin）

三套参量间的换算关系：

Zin(z)?Z0Zl?jZ0tan(?l)V(

《PLC技术基础实验》

实 验 指 导 书

汤以范 陈慧芳编

机械工程学院 2013年02月

1

实验一、PLC时间顺序控制

一、实验目的

1．了解单流程状态步进指令的适用场合和编程方法； 2．了解状态步进指令与普通指令的区别； 3．掌握LAD、STL和SFC之间的转换方式；

4．掌握FX—GPWIN件的使用，程序上传与下载。 二、实验使用仪器与设备 1．PC计算机； 2．FX-GP软件； 3．FX0S-30MRPLC； 三、实验要求

1．四台电机顺序启动，反序停止；

2．四台电机顺序启动间隔30秒，停止间隔20秒； 3．正常停车时间可发生在任意时刻

4．紧急停止时，所有电机立即全部停止。 四、实验参考电路与流程状态图 1.流程状态图

四台电机顺序启动，反序停止

2

2．程序

学生自编 五、实验步骤

1．按控制要求，在FX—GP环境下编程；

2．将PLC的RUN/STOP工作状态开关置为STOP状态； 3．将程序下载到PLC；

4．将PLC的RUN/STOP工作状态开关置为RUN状态，开始运行 ；

六、实验注意事项

1．将输入与输出的继电器的发光二极管亮灭状态作为电机工作状态加以观察各个变量和状态S作为观察对象；

2．模拟运

《机械制造技术》实验指导书

郑州科技学院 机械工程系

目 录

实验一：刀具角度测量实验 ............................................................... 3

实验二：动态切削力的测量实验 ....................................................... 6

实验三：加工误差的统计分析实验.................................................... 8

实验四：工艺系统静刚度的测量实验

.............................................. 10

2

实验一：刀具角度测量实验

一、实验目的和要求

1、 熟悉车刀切削部分的构造要素；

2、 通过实验加深理解刀具标注角度参考平面的定义，三个平面的空间位置及相互关

系；

3、 熟悉万能车刀测角仪的测量原理，掌握车刀几何角度的测量方法，加深理解车刀几

何角度及其在切削过程中的作用；

4、 用所测量的刀具几何角度画一张车刀的角度标注图； 5、 记载自己所测刀具的编号、刀具材料、几何角度。

二、实验设备

车刀若干

课程设计

题目：谐振腔的稳定性分析和自再现高斯光束计算 姓名： 学号： 指导老师：

时间：

电子科技大学光电信息学院

任务一：

如图A所示的谐振腔，用Matlab程序计算光线在腔内的轨迹，演示腔的稳定和不稳定时光线在腔内往返次数增加时光线轨迹。初始光线任意选择。

L=700mm R1=500mR2=600m

图A 两球面镜组成的谐振腔

实现方法：

首先利用列阵??描述任光线的坐标，而用传输矩阵Ti???Ci???示：

?rn???=??n?n?r??AiBi??描述光线经过一段Di?空间后所引起的坐标变换。假设光线在腔内经n次往返时其参数的变换关系以矩阵的形式表

?i?1?r1?Ti?? ??1? 用 计算出光线的路径。

如此循环得到腔内的光线轨迹。

实现程序：

见

实验一 微波基础计算器与MWO软件熟悉

一、 实验目的

1. 掌握传输线（长线）基本理论； 2. 熟练掌握Smith圆图的工作原理；

3. 熟练使用微波技术基础计算器计算单枝节线匹配。 4. 熟悉MWO软件界面和基本操作。

二、 实验原理

微波技术基础计算器是以微波计算为基础的进行专业计算的工具。实现了微波技术基础理论中长线（传输线）理论、Smith圆图、网络理论等部分的计算。此计数器共包括：长线上任意点输入阻抗、反射系数、行波系数、驻波比的计算；smith圆图的绘制；任意长线和负载的单枝节匹配；双口网络S、Z、Y、A参数的相互转换。

1、长线理论

基础知识回顾：--微波传输线（长线）理论 (Q1: 传输线理论中基本物理量是什么？)

电压波与电流波（入射与反射）关系：

V(z)?V?(z)?V?(z)?V?e?j?z?V?ej?zI(z)?I?(z)?I?(z)? 1[V?e?j?z?V?ej?z]Z0理想(无耗)均匀传输线的传输特性归结为两个实数：传播常数?和特性阻抗??。传输线理论三套参量：输入阻抗?in，反射系数?，驻波参量（驻波系数?和最小距离lmin）

三套参量间的换算关系：

Zin(z)?Z0Zl?jZ0tan(?l)V(

《PLC技术基础实验》

实 验 指 导 书

汤以范 陈慧芳编

机械工程学院 2013年02月

1

实验一、PLC时间顺序控制

一、实验目的

1．了解单流程状态步进指令的适用场合和编程方法； 2．了解状态步进指令与普通指令的区别； 3．掌握LAD、STL和SFC之间的转换方式；

4．掌握FX—GPWIN件的使用，程序上传与下载。 二、实验使用仪器与设备 1．PC计算机； 2．FX-GP软件； 3．FX0S-30MRPLC； 三、实验要求

1．四台电机顺序启动，反序停止；

2．四台电机顺序启动间隔30秒，停止间隔20秒； 3．正常停车时间可发生在任意时刻

4．紧急停止时，所有电机立即全部停止。 四、实验参考电路与流程状态图 1.流程状态图

四台电机顺序启动，反序停止

2

2．程序

学生自编 五、实验步骤

1．按控制要求，在FX—GP环境下编程；

2．将PLC的RUN/STOP工作状态开关置为STOP状态； 3．将程序下载到PLC；

4．将PLC的RUN/STOP工作状态开关置为RUN状态，开始运行 ；

六、实验注意事项

1．将输入与输出的继电器的发光二极管亮灭状态作为电机工作状态加以观察各个变量和状态S作为观察对象；

2．模拟运