實驗1雙導線阻抗測量與阻抗匹配

實驗2波導單口網(wǎng)絡阻抗測量與匹配

實驗3波導雙口網(wǎng)絡參數(shù)測量第2章微波技術(shù)一、實驗目的

(1)熟悉雙導線傳輸線上的三種工作狀態(tài)。

(2)學會雙導線測量與單枝節(jié)匹配的方法。實驗1雙導線阻抗測量與阻抗匹配二、 實驗原理

雙導線傳輸線原理如圖2.1.1所示。圖2.1.1雙導線傳輸線

1.短路狀態(tài)ZL=0,ΓL=－1

(2.1.1)

電壓、電流呈駐波分布。

(2.1.2)

2.開路狀態(tài)ZL=∞,ΓL=1

(2.1.3)

電壓、電流呈駐波分布。

Z(z′)=－jZ0ccotβz′

(2.1.4)

3.任意負載ZL

負載端電壓反射系數(shù)

(2.1.5)

可以看出，電壓、電流呈行駐波狀態(tài)。前一部分是行波，后一部分是行駐波。行駐波狀態(tài)示意圖見圖2.1.2。圖2.1.2行駐波傳輸線任意點的傳輸阻抗

(2.1.6)

4.電壓駐波比(VSWR)

電壓駐波比用ρ表示，且

(1≤ρ≤∞)

(2.1.7)

5.單枝節(jié)匹配

利用Smith圓圖，調(diào)節(jié)枝節(jié)距負載距離d和枝節(jié)長度l可實現(xiàn)負載匹配，具體匹配方法將在實驗內(nèi)容中說明。三、實驗設備

米波信號源、長線盒、駐波表、單枝節(jié)匹配器、天線、短路片、240Ω電阻。

四、實驗內(nèi)容

1.觀察雙導線傳輸線接不同負載時傳輸線上的工作狀態(tài)

(1)將負載端短路(接短路片)，從負載端開始，用駐波表每10cm測一個值(測前先調(diào)節(jié)駐波表后面的電位器，使駐波表沿線最大指示電流大約為80μA)，共測12個點，將數(shù)據(jù)記入表2.1.1中。如圖2.1.3所示，找兩個相鄰的電壓波節(jié)點，利用交叉讀數(shù)法測信號源波長λ，即

λ=(D3+D4)－(D1+D2)=

cm

(2.1.8)圖2.1.3利用長線上的交叉讀數(shù)法測波長

(2)將負載端開路，用駐波表測量駐波電壓沿線分布。從開路端開始，用駐波表每10cm測一個值，共測12個點，將數(shù)據(jù)記入表2.1.2中。

2.測量雙導線傳輸線的負載阻抗

將負載端接天線，用駐波表測量最大電壓Umax與最小電壓Umin，求出駐波系數(shù)：

(2.1.9)

用圓圖(見本實驗末圖2.1.6)讀出天線的負載阻抗ZL。用駐波表從天線端開始，找到第一個電壓波節(jié)點的位置，在長線盒上讀出該節(jié)點到天線的距離dmin，將其換算為電長度dmin/λ；由電壓波節(jié)點開始，向負載方向轉(zhuǎn)dmin/λ電長度，到A點(天線)；連接OA與ρ圓交于點(見圖2.1.4)，則

(2.1.10)

圖2.1.4應用Smith圓圖求負載阻抗

3.單枝節(jié)對ZL進行阻抗匹配

如圖2.1.5所示。圖2.1.5單枝節(jié)對ZL進行阻抗匹配五、實驗結(jié)果

(1)畫出三種工作狀態(tài)下的駐波波形。

(2)測天線ρ、ZL和枝節(jié)匹配的d、l、ρ值。

(3)寫出實驗心得。圖2.1.6圓圖一、實驗目的

(1)了解測量線探針調(diào)諧的原理，學會微波測量系統(tǒng)調(diào)整的基本方法。

(2)掌握用波導測量線對單口網(wǎng)絡進行阻抗測量的方法，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)熟練運用圓圖或公式求出待測負載的輸入阻抗。

(3)掌握利用單螺釘(單枝節(jié))調(diào)配器實現(xiàn)阻抗匹配的實驗方法。實驗2波導單口網(wǎng)絡阻抗測量與匹配二、實驗原理

1.探針調(diào)諧

經(jīng)典的微波測量工具是測量線，英文“SlottedLine”的原意是開槽線。常見的測量線有波導測量線和同軸測量線。波導測量線是沿波導寬邊中央縱向開槽；同軸測量線是在外導體上向中軸線沿縱向開槽。微波測量線的基本結(jié)構(gòu)包括開槽線段、探針耦合指示機構(gòu)和傳動機構(gòu)三部分。圖2.2.1所示為探針結(jié)構(gòu)。圖2.2.1探針結(jié)構(gòu)

2.單口負載阻抗測量原理

由長線理論可知：要求負載阻抗，在傳輸線上必須已知一點的阻抗和該點與負載的距離。

根據(jù)長線輸入阻抗公式

(2.2.1)

距負載第一個波節(jié)點處的阻抗為已知阻抗Zin(lmin1)=Z0/ρ，將其代入輸入阻抗公式，即

(2.2.2)整理可得

(2.2.3)

3.實驗方法

(1)選擇波節(jié)點歸一化阻抗為已知阻抗點，用波導測量線測出待測負載駐波比ρ。駐波比

(2)波節(jié)點與傳輸線末端待測負載的接入位置的距離，就是待測長度θ，即

由于測量線受到結(jié)構(gòu)限制，即開槽測量線不可能延伸到波導末端，所以不可能直接測量這個長度。這個問題可以利用λ/2傳輸線阻抗周期性相等的原理來解決。在測量線末端接短路負載，形成純駐波，且短路面處為波節(jié)點，在傳輸線上的任何一個波節(jié)點均可看做測量線末端的等效位置(等效短路面)，在測量線探針行程刻度的中間部位找到短路面和行駐波波節(jié)點的等效位置DT和Dmin，則待測長度

單口負載阻抗的測量過程可以用圖2.2.2簡單表示。圖2.2.2單口負載阻抗的測量過程

4.單螺釘(單枝節(jié))調(diào)配器實現(xiàn)負載阻抗匹配

單螺釘調(diào)配器是傳輸線理論中單枝節(jié)調(diào)配器在波導中的具體形式。實現(xiàn)阻抗匹配的兩個要素是：枝節(jié)接入位置和枝節(jié)的大小，也就是螺釘?shù)奈恢煤蜕疃取嶒灥姆椒ㄊ牵涸诼葆斦{(diào)配器輸出端接匹配負載，調(diào)節(jié)單螺釘調(diào)配器的螺釘深度，用測量線測量其駐波比等于待匹配負載的駐波比；然后取下匹配負載，接入待匹配的負載，調(diào)節(jié)單螺釘調(diào)配器的螺釘位置，使其駐波比最小，接近匹配?？梢姡瑢嶒灥姆椒ㄊ窍却_定螺釘深度，再定螺釘位置。而解題方法是先確定螺釘位置，后定螺釘深度。為什么？三、實驗設備

常用三公分(X波段)波導測量線系統(tǒng)如圖2.2.3所示，從圖中可以看出，測量線系統(tǒng)中常用的微波元器件有數(shù)字頻率綜合器、彎波導、衰減器、十字槽定向耦合器、測量線、波長計、檢波器、選頻放大器、功率計和備用波導元器件箱等。圖2.2.3三公分波導測量線系統(tǒng)四、實驗內(nèi)容

(1)開啟微波振蕩器電源，進行探針調(diào)諧，使電流表指示最大。

(2)接短路板，在測量線中間部位找到兩個波節(jié)點，用交叉讀數(shù)法測量λg和DT。實際測量數(shù)據(jù)是四個位置點D1、D2、D3、D4，將數(shù)據(jù)記入表2.2.1中。

(3)接待測負載，在測量線上等效短路面DT的靠近信號源一側(cè)，讀出第一個波節(jié)點Dmin，并讀出最小電流值imin，繼續(xù)移動測量線探針位置，找出最大電流值imax，將數(shù)據(jù)記入表2.2.2中。

(4)單螺釘+匹配負載，調(diào)節(jié)螺釘深度(螺釘位置不動)，使駐波比與(3)中的所測駐波比相等。保持此時螺釘深度不動。

(5)取下匹配負載，單螺釘后面接待測負載，調(diào)節(jié)螺釘位置(保持螺釘深度不變)，同時跟蹤測駐波比，直到駐波最小，使之近匹配，要求ρ≤1.15。五、實驗結(jié)果

1.實驗數(shù)據(jù)

2.數(shù)據(jù)處理

用公式

計算待測負載的輸入阻抗。其中:

一、實驗目的

(1)了解互易雙口網(wǎng)絡阻抗參數(shù)Z和散射參數(shù)S

測量的三點法原理。

(2)掌握用測量線測量Z和S

參數(shù)的方法，了解參數(shù)間的等效關(guān)系。

(3)了解多端口網(wǎng)絡的測量原理。實驗3波導雙口網(wǎng)絡參數(shù)測量二、實驗原理

1.互易雙口網(wǎng)絡Z參數(shù)的三點法測量原理

由微波網(wǎng)絡理論可知，雙口元件可以等效為雙口網(wǎng)絡,如圖2.3.1所示。對于線性雙口網(wǎng)絡，網(wǎng)絡的外電氣參數(shù)和網(wǎng)絡的特征參數(shù)之間滿足如下關(guān)系：

(2.3.1)圖2.3.1線性雙口網(wǎng)絡互易雙口網(wǎng)絡參數(shù)可用2×2復矩陣表征，互易條件Z21=Z12約束一個復矩陣參數(shù)。因此互易雙口網(wǎng)絡有三個獨立復參數(shù)，三次獨立測量，可以決定四個網(wǎng)絡參數(shù)。

將，，Z21=Z12互易條

件代入式(2.3.1)中，得

(2.3.2)在雙口網(wǎng)絡的輸出端分別接三個不同已知負載，形成三個單口網(wǎng)絡，再分別測出三個不同的輸入端阻抗或反射系數(shù)，利用復矩陣變換關(guān)系，確定互易雙口網(wǎng)絡的全部參數(shù)，即

短路

開路

負載

解方程組，得

(2.3.3)

2.互易雙口網(wǎng)絡S參數(shù)的測量原理

按照上述原理，在待測網(wǎng)絡輸出端依次接入短路、開路、匹配負載，并在輸入端依次測量ΓLS、ΓLO、ΓLM，即

解方程組，得

(2.3.4)

3.多端口網(wǎng)絡傳輸?shù)臏y量原理

從上述測試原理可以看出：雙口網(wǎng)絡Z和S參數(shù)的測量方法是在一個端口接已知單口負載，把雙口網(wǎng)絡變成單口網(wǎng)絡，測量這個單口網(wǎng)絡的輸入阻抗或反射系數(shù)，測量的數(shù)據(jù)就是波節(jié)點的位置和駐波比，然后依據(jù)公式計算出網(wǎng)絡的參數(shù)。這個方法可以推廣到多端口網(wǎng)絡，在其他端口接已知負載，把多端口變?yōu)殡p端口，按照雙端口的方法進行測量。三、實驗設備

常用三公分(X波段)波導測量線系統(tǒng)(介紹見實驗2)。

四、實驗內(nèi)容

(1)開啟固態(tài)振蕩器，進行探針調(diào)諧，使系統(tǒng)正常工作。

(2)測量線接短路板，測量DT