北郵電磁場(chǎng)與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五阻抗測(cè)量及匹配技術(shù)

1、電磁場(chǎng)與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五阻抗測(cè)量及匹配技術(shù)學(xué)院：電子工程學(xué)院班號(hào)：2011211204組員：執(zhí)筆人：學(xué)號(hào)：20112109868 / 8一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握利用駐波測(cè)量線測(cè)量阻抗的原理和方法2、熟悉利用螺釘調(diào)配器匹配的方法3、熟悉Smith圓圖的應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、在測(cè)量線給定器件的阻抗和電壓駐波系數(shù)，并觀察其Smith圓圖。2、在測(cè)量線系統(tǒng)中測(cè)量給定器件的 ZL并應(yīng)用三螺調(diào)配器對(duì)其進(jìn)行匹配，使駐 波系數(shù)小于1.1。三、實(shí)驗(yàn)原理1.阻抗測(cè)量原理微波元件的阻抗參數(shù)或者天線的輸入阻抗等是微波工程中的主要參數(shù)，因而阻抗測(cè)量也是重要測(cè)量?jī)?nèi)容之一。一般情況下，測(cè)量的對(duì)象可以是膜片、螺釘、 濾波器、諧振

2、腔及其它不均勻性等。在阻抗測(cè)量的方法中常采用測(cè)量線法。 本實(shí) 驗(yàn)著重應(yīng)用測(cè)量線技術(shù)測(cè)量終端型(等效二端網(wǎng)絡(luò))微波元件的阻抗。由傳輸線理論可知，傳輸線上任一點(diǎn)的輸入阻抗Zn與其終端負(fù)載阻抗ZL關(guān)系為：ZinZl jtg l1 jZLtg l(2.1)其中，Z0為傳輸線的特性阻抗，2 / g為相移常數(shù)，l為至終端負(fù)載的距離設(shè)傳輸線上第一個(gè)電壓駐波最小點(diǎn)離終端負(fù)載的距離為lmin ,電壓駐波最小點(diǎn)處的輸入阻抗在數(shù)值上等于1/ p即1-Zin -(2.2)lmin將l lmin及Zin工代入式（2.2）,整理得:(2.3)71 j tg lminZL二"j-jtg 1 min所以，負(fù)載阻抗的

3、測(cè)量實(shí)質(zhì)上歸結(jié)為電壓駐波系數(shù)p及駐波相位1min值的測(cè)量，當(dāng)測(cè)出p及imin后，就能由上式計(jì)算負(fù)載阻抗Zl0但是，這是一個(gè)復(fù)數(shù)運(yùn)算， 在工程上，通常由P和lmin從圓圖上求出阻抗或?qū)Ъ{來。電壓駐波系數(shù)p的測(cè)量，已在實(shí)驗(yàn)一中討論過了，現(xiàn)在來討論1min的測(cè)量方法。由于測(cè)量線結(jié)構(gòu)的限制，直接測(cè)量終端負(fù)載Zl端面到第一個(gè)駐波最小點(diǎn)的距 離lmin是比較困難的。因此實(shí)際測(cè)量中常用”等效截面法”（以波導(dǎo)測(cè)量線系統(tǒng)為 例）：首先將測(cè)量線終端短路，此時(shí)沿線的駐波分布如圖2-1 a所示。用測(cè)量線測(cè) 得某一駐波節(jié)點(diǎn)位置Dt （任一駐波節(jié)點(diǎn)與終端的距離都是半波長(zhǎng)的整倍數(shù)n g/2, n 1, 2, 3），將此位置

4、定為終端負(fù)載的等效位置 Dt。然后去掉短路 片改接被測(cè)負(fù)載，此時(shí)系統(tǒng)的駐波分布如圖2-1 b所示。用測(cè)量線測(cè)得Dt左邊第 一個(gè)駐波最小點(diǎn)的位置Da及p,則1min |Dt Da|。駐波最小點(diǎn)截面處的阻抗為 純電阻，其電阻值即是以0為圓心，p為半徑的圓與純電阻軸交點(diǎn) A所代表的值。 由A點(diǎn)沿等p圓向負(fù)載方向旋轉(zhuǎn)lmin / g得到T點(diǎn)，點(diǎn)T的讀數(shù)即為待測(cè)元件的 歸一化阻抗Zl。以上是以波導(dǎo)測(cè)量線系統(tǒng)為例說明了阻抗測(cè)量的實(shí)驗(yàn)原理。 對(duì)于同軸測(cè)量線 系統(tǒng)，首先是將測(cè)量線終端開路，然后在將被測(cè)負(fù)載接上，所測(cè)的 Dt和Da,要 進(jìn)行相應(yīng)的變換才是公式中需要的lmin。圖2- 1阻抗測(cè)量原理圖負(fù)載阻抗（單

5、端口網(wǎng)絡(luò)阻抗）的測(cè)量可由駐波系數(shù)及其波節(jié)點(diǎn)位置換算 得到，系統(tǒng)上的輸人阻抗周期性的變化，每?jī)?chǔ)阻抗重復(fù)一次，所以被測(cè)元件的輸入阻抗可由測(cè)量線上品啪到2件端口的參考面T的輸入阻抗來確定，測(cè)量時(shí)測(cè)得駐波系數(shù)和參考面到波節(jié)點(diǎn)的距離通過圓圖換算確定被測(cè)元 件的阻抗。2.匹配技術(shù)在微波傳輸及測(cè)量技術(shù)中，阻抗匹配是一個(gè)十分重要的問題。為保證系統(tǒng)處 于盡可能好的匹配狀態(tài)而又不降低傳輸系統(tǒng)的傳輸效率，必須在傳輸線與負(fù)載之 間接入某種純電抗性元件，如單螺調(diào)配器、多螺調(diào)配器以及單短截線、雙短截線 等調(diào)配器件，具作用是將任意負(fù)載阻抗變換為1+j0 （規(guī)一化值），從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載和傳輸線的阻抗匹配。單螺釘調(diào)配器：螺釘?shù)淖饔?/p>

6、是引入一個(gè)并聯(lián)在傳輸線上的容性電納，借助于 導(dǎo)納圓圖很方便地求出螺釘?shù)目v向位置l和電納jb值，見圖1-3-2圖1- 3- 2單螺釘調(diào)配器原理圖圖中YL點(diǎn)表示被匹配的負(fù)載輸入導(dǎo)納，欲使負(fù)載匹配即 Yin 1 j0,首先必須使螺釘所在的平面位于 G=1的圓上，由此在圓圖上求得等p圓與 G=1圓的交 點(diǎn)A和A', A點(diǎn)輸入導(dǎo)納ya 1 jb ,電納呈感性。螺釘電納呈容性，改變螺釘 深度，即能改變并聯(lián)的容性電納值，使 Yin 1 j0得到匹配。由于滑動(dòng)單螺調(diào)配 器能對(duì)圓圖上任一導(dǎo)納值調(diào)配，故在理想情況下它的禁區(qū)為零。三螺釘調(diào)配器：這種調(diào)配器的螺釘位置固定在傳輸線上，依靠調(diào)配螺釘深度 得到匹配。

7、其調(diào)配要點(diǎn)是先右后左，循環(huán)多次，在調(diào)節(jié)過程中需不斷觀測(cè)駐波大 小，使波節(jié)點(diǎn)電平提高，直至波節(jié)點(diǎn)和波腹點(diǎn)電平接近，駐波系數(shù)最小。三短截線同軸調(diào)配器：三短截線彼此相距g/4固定在傳輸線上，依靠調(diào)節(jié)短 截線長(zhǎng)度得到匹配。其調(diào)配要點(diǎn)為先右后左，循環(huán)多次，在調(diào)節(jié)過程中也是不斷 使波節(jié)點(diǎn)電平提高，直至駐波系數(shù)最小。四、實(shí)驗(yàn)裝置選頻放大器I II E 斗I I微波信號(hào)源L隔離器駐波測(cè)M線被測(cè)元件國(guó)貝血元杯腳腳河t阻抗方框圖1、信號(hào)發(fā)生器5、測(cè)量線2、隔離器6、測(cè)量放大器3、頻率計(jì)7、被測(cè)件4、可變衰減器8、短路片使用調(diào)配器調(diào)匹配的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖五、實(shí)驗(yàn)步驟，(1)按原理圖接好設(shè)備，開啟信號(hào)源電源，使信號(hào)源工

8、作于最佳方波、掃頻狀(2)移動(dòng)測(cè)量線探針，測(cè)量相鄰的電壓最小值之間的距離，以測(cè)出傳輸線中的 波長(zhǎng)，即波導(dǎo)波長(zhǎng)。(3)短路片安置在測(cè)量線的輸出端上，并記下探針指示器標(biāo)尺上對(duì)應(yīng)于電壓最小值位置的讀數(shù)Dt,即為“等效參考面”。(4)測(cè)量線的終端移去短路片，并把被測(cè)器接在它的位置上。(5)測(cè)量Umax、U min得至IJ駐波比。(6)利用交叉度數(shù)法測(cè)出DT左側(cè)第一個(gè)駐波節(jié)點(diǎn)位置Da,并計(jì)算出Imin=|DT-DA| ,應(yīng)用公式ZL1 j tg lmin jtg l min就可求出阻抗值。(7)利用滑動(dòng)單螺調(diào)配晶體檢波器，使駐波比小于 1.05六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1、 lmin的測(cè)量如下：探針電壓最小值位

9、置的讀數(shù)：DT=127.0mmDt左側(cè)第一個(gè)駐波節(jié)點(diǎn)位置：DA=101.1mm則由以上兩值，可得：lmin=|DTDA|=25.9mm2、由兩點(diǎn)法測(cè)得的波長(zhǎng)如下：入 g=2*|T 'minTmin|=2X26.7=57.4mm則有 8=2兀/入g=0.10953、由等指示度法測(cè)得p如下：其中,W=|l2-l'2|=136.9-119.6=17.3mm入 g=2*|T 'min Tmin|=2X26.7=57.4mm代入可得：p =1.5874、由以上數(shù)據(jù)代入Zl表達(dá)式可以得到阻抗值：Zl1 j tg lmin jtg l min/ (1.587+j0.31548)0.6

10、66+j0.1835、總結(jié)用同軸調(diào)配器的調(diào)匹配步驟在調(diào)節(jié)匹配過程中，我們先移動(dòng)測(cè)量線探針找到并記下波節(jié)點(diǎn)位置，然后繼 續(xù)調(diào)節(jié)測(cè)量線調(diào)到波腹點(diǎn)，此時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)配器位置，駐波波腹點(diǎn)有所下降，波節(jié)點(diǎn) 有所上升，直至波節(jié)點(diǎn)和波腹點(diǎn)相差不大時(shí)，調(diào)節(jié)螺釘深度，同時(shí)用測(cè)量線跟蹤 駐波大小，直至實(shí)現(xiàn)匹配。七、誤差分析實(shí)驗(yàn)中可能存在儀器儀表誤差，人為誤差以及各組互相影響造成的誤差等, 為了減小誤差，在測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)時(shí)采用兩點(diǎn)法，測(cè)量駐波比時(shí)則用等指示度法, 同時(shí)增加重復(fù)測(cè)量次數(shù)取平均值進(jìn)行記錄，盡量減少人為誤差。八、思考題1、匹配元件應(yīng)連接在測(cè)量系統(tǒng)中什么地方？為什么？應(yīng)接在最右邊。因?yàn)槠ヅ湓缀跄芪杖咳肷涔β?/p>

11、，那么如果有元件連在后面就沒有 電流流過，不能正常工作。2、通過實(shí)驗(yàn)，總結(jié)匹配技巧。在調(diào)節(jié)匹配過程中，我們先移動(dòng)測(cè)量線探針找到并記下波節(jié)點(diǎn)位置，然后繼 續(xù)調(diào)節(jié)測(cè)量線調(diào)到波腹點(diǎn)，此時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)配器位置，駐波波腹點(diǎn)有所下降，波節(jié)點(diǎn) 有所上升，直至波節(jié)點(diǎn)和波腹點(diǎn)相差不大時(shí)，調(diào)節(jié)螺釘深度，同時(shí)用測(cè)量線跟蹤 駐波大小，直至實(shí)現(xiàn)匹配。3、在各項(xiàng)測(cè)量中，通常采用駐波圖形的波節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，是否可以采用 波腹點(diǎn)做基準(zhǔn)測(cè)量？為什么？可以采用波腹點(diǎn)做基準(zhǔn)測(cè)量。因?yàn)轳v波的波節(jié)點(diǎn)與波腹點(diǎn)接連出現(xiàn)，相鄰波節(jié)點(diǎn)與相鄰波腹點(diǎn)之間距離相等，所以采用波節(jié)點(diǎn)和波腹點(diǎn)為基準(zhǔn)項(xiàng)等價(jià)。八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次實(shí)驗(yàn)我們了解了阻抗調(diào)配原理及調(diào)配方法，熟悉了單枝節(jié)匹配器的匹配原理，掌握Smith圖解法設(shè)計(jì)微帶線匹配網(wǎng)絡(luò)，鞏固了之