电波测量原理与实验

第1章 电波信号基本参数的测量 1

1.1 电磁波信号基本参数 2

1.2 微波测量系统的组成 3

1.2.1 微波波导测量系统 3

1.2.2 扫频测量系统 8

1.3 微波频率测量 8

1.3.1 谐振式频率计 8

1.3.2 外差式频率计 10

1.3.3 数字式频率计 11

1.4 驻波比测量 12

1.4.1 探针调谐与晶体定标 12

1.4.2 驻波比测量方法 15

1.4.3 网络分析仪测量驻波比 18

1.5 微波阻抗测量 19

1.5.1 单口网络阻抗基本测量方法 20

1.5.2 双端口互易网络阻抗的测量 20

1.5.3 双端口互易网络散射参数的测量 21

1.5.4 网络分析仪测量单端口阻抗 21

1.6 微波功率测量原理 22

1.6.1 常见微波功率测量原理 22

1.6.2 常见微波功率传感方式 22

1.6.3 微波功率测量的误差来源和处理方法 23

1.7 网络的衰减及其测量 25

1.7.1 衰减特性 25

1.7.2 衰减测量方法 28

1.8 网络的相移及其测量 34

1.8.1 网络相移的概念 34

1.8.2 网络相移的测量 37

1.9 基本参数测量实验 40

实验1-1 基于直读频率计测量电波信号的频率 40

实验1-2 信号波长的测量和驻波比测量 41

实验1-3 晶体检波器的定标 43

实验1-4 驻波分布特性的测量 47

实验1-5 利用测量线测量驻波比 48

实验1-6 单端口阻抗参数测量 51

实验1-7 信号功率测量 55

实验1-8 定向耦合器的性能测量 56

实验1-9 衰减器参数测量 58

实验1-10 相移器参数测量 61

第2章 电波基本传播原理与特性测量 64

2.1 电波传播与传输特性的基本理论 64

2.1.1 电波传播中电波反射和折射特性 64

2.1.2 电波传播中电波散射特性 65

2.1.3 电波传播中电波衍射特性 66

2.1.4 电波传播中电波干涉特性 67

2.1.5 电波传播中电波极化特性 68

2.2 传播实验原理与仪器 69

2.2.1 实验原理 69

2.2.2 微波分光仪的结构 69

2.3 传播实验内容 70

实验2-1 电波反射特性测试 70

实验2-2 电波单缝衍射特性测试 72

实验2-3 电波双缝干涉特性测试 74

实验2-4 电波迈克尔逊干涉特性测试 77

实验2-5 电波偏振特性测试 78

实验2-6 电波布拉格衍射特性测试 80

第3章 电波信号时域与频域特性测量 84

3.1 信号时域分析 84

3.2 信号频域分析 86

3.2.1 频谱分析的概念 86

3.2.2 傅里叶变换的性质 89

3.2.3 周期信号的频谱分析 89

3.2.4 非周期信号的频谱分析 91

3.2.5 频谱分析的应用 93

3.3 时域测量原理 93

3.3.1 波形测量方法 95

3.3.2 波形测量参数 96

3.3.3 示波器测量技术 97

3.4 频谱测量原理 101

3.4.1 频谱测量概念 101

3.4.2 频谱测量参数 101

3.4.3 频谱参数测量方法 102

3.5 时域测量仪器 106

3.5.1 模拟示波器 106

3.5.2 数字存储示波器 108

3.5.3 数字荧光示波器 109

3.5.4 数字采样示波器 111

3.6 频谱分析仪器 112

3.6.1 扫描式频谱分析仪 112

3.6.2 矢量信号分析仪 118

3.6.3 实时频谱分析仪 119

3.6.4 基于数字存储示波器的频谱测量 121

3.7 时域与频域测量实验 121

实验3-1 频谱分析仪的使用 121

实验3-2 信号傅里叶变换分析 122

实验3-3 AM信号的产生与波形测量 123

实验3-4 FM信号的产生与波形测量 125

实验3-5 AM信号的频谱测量 127

实验3-6 FM信号的频谱测量 130

实验3-7 电视信号的频谱测量 132

第4章 传输线特性与测量 136

4.1 传输线理论与特性参数 136

4.1.1 传输线的基本概念以及分布参数的概念 137

4.1.2 传输线方程及其解 138

4.1.3 传输线的阻抗和反射系数 138

4.1.4 无耗传输线工作状态的分析 139

4.2 传输线参数计算与测量 141

4.2.1 Smith圆图 141

4.2.2 传输线参数计算 145

4.3 传输特性参数测量实验 158

第5章 电波网络传输特性与测量 165

5.1 网络特性与测量原理 165

5.1.1 网络分析的基本概念 165

5.1.2 网络分析系统 167

5.1.3 反射参数测量 169

5.1.4 传输参数测量 171

5.2 网络分析仪原理 174

5.3 传输特性测量实验 177

5.3.1 基于RF2000标量网络传输特性测量实验 177

实验51 短路线、开路线、匹配负载S参量的测量 177

实验52 π型与T型阻抗匹配S11和S21参数的测量 178

实验53 π型与T型功率衰减器S11和S21参数的测量 179

实验54 电阻式功率分接器与威尔金森式功率分接器S11和S21参数的测量 180

实验55 定向耦合器特性参数测量 181

实验56 低通滤波器与带通滤波器S11和S21参数的测量 183

实验57 放大器S11和S21参数的测量 183

实验58 射频振荡器频率值的测量 184

实验59 微带接收和发射天线S11参数测量 185

5.3.2 基于矢量网络分析仪传输特性测量实验 186

实验510 矢量网络分析仪的使用和校准 186

实验511 滤波器(LPF、HPF、BPF、BSF) 189

实验512 衰减器 191

实验513 匹配负载与失配负载 194

实验514 功率分配器 196

实验515 分支耦合器 197

实验516 定向耦合器 199

实验517 混合环 201

实验518 环行器 202

实验519 PINRF开关 203

实验520 放大器 204

第6章 电磁辐射场测量原理与实验 207

6.1 电磁辐射场基本特性 207

6.1.1 电磁辐射场的产生及性质 207

6.1.2 电磁辐射场的基本术语 208

6.2 电磁辐射场测量基础 210

6.2.1 电磁场的远场和近场划分 210

6.2.2 电磁辐射频率范围 212

6.2.3 电磁能的发射与传播途径 213

6.3 电磁辐射场分类 214

6.3.1 电磁辐射 214

6.3.2 电磁兼容 215

6.4 电磁辐射测量仪器 216

6.4.1 宽带场强测量仪 217

6.4.2 选频式辐射测量仪 219

6.5 电磁辐射场测量方法 225

6.5.1 基本场强测量 225

6.5.2 EMF基本辐射测量 226

6.5.3 EMC测量 228

6.6 电磁辐射测量实验内容 229

实验6-1 场强仪的使用 229

实验6-2 利用选频场强仪测量AM广播频道分布 230

实验6-3 利用选频场强仪测量FM广播频道分布 232

实验6-4 利用选频场强仪测量FM电视广播频道的分布 234

实验6-5 利用宽带场强仪测量电子设备电磁辐射强度与分布 237

实验6-6 利用宽带场强仪测量环境电磁辐射强度与分布 241

实验6-7 利用干扰接收机测量实验设备的干扰辐射分布 242

第7章 天线基本特性参数测量 244

7.1 天线主要技术参数 245

7.1.1 天线的电磁波辐射 245

7.1.2 天线方向性 245

7.1.3 天线效率 247

7.1.4 增益系数 247

7.1.5 天线阻抗 248

7.1.6 天线极化 248

7.1.7 频带宽度 250

7.2 天线性能测试原理 250

7.2.1 方向图测量 250

7.2.2 测量增益的方法 253

7.2.3 天线反射系数与驻波比测量 255

7.2.4 天线阻抗与阻抗带宽测量 255

7.2.5 天线极化特性测量 258

7.3 天线测量实验系统 260

7.3.1 基于手动设备天线实验测量系统 261

7.3.2 自动天线实验测量系统 265

7.4 天线测量实验内容 267

实验7-1 喇叭天线E、H坐标方向图测量 267

实验7-2 喇叭天线增益系数测量 272

实验7-3 螺旋天线E、H面方向图测量 274

实验7-4 八木阵子天线E、H面方向图测量 276

实验7-5 天线驻波比与带宽参数测量 279

实验7-6 天线隔离度参数测量 280

实验7-7 天线极化特性测量 282

第8章 电波测量误差分析与结果评定 284

8.1 电波测量实验数据的误差分析 284

8.1.1 测量误差的基本概念 284

8.1.2 测量数据误差的估计与处理 285

8.2 测量结果评定 291

8.2.1 准确度和精确度 291

8.2.2 不确定度 292

参考文献 295

本书主要介绍电波测量的相关原理与测量方法以及原理验证与应用实验，并结合电波传播与天线、电子信息科学与技术等专业的实验设备，从电磁波基本参数测量、传播特性测量、传输特性测量、微波组件与网络传递特性测量、天线特性参数测量、电磁辐射测量、测量数据处理方法等方面全面介绍了电磁波传播、传输、辐射、接收、天线等基本测量原理与实验。

本书内容广泛、系统性较强，可作为电子信息科学与技术、电子信息工程、电波传播与天线、应用物理等相关专业电子技术、通信技术、微波技术、天线技术等专业方向的本科生、硕士研究生的实验课程教材，也可供从事通信、雷达、电子系统、射频、天线与微波技术工作的有关技术人员参考。