北郵電磁場與微波測量實驗實驗五阻抗測量及匹配技術

1、電磁場與微波測量實驗實驗五阻抗測量及匹配技術學院：電子工程學院班號：2011211204組員：執(zhí)筆人：學號：20112109868 / 8一、實驗目的1、掌握利用駐波測量線測量阻抗的原理和方法2、熟悉利用螺釘調配器匹配的方法3、熟悉Smith圓圖的應用二、實驗內容1、在測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、在測量線系統(tǒng)中測量給定器件的 ZL并應用三螺調配器對其進行匹配，使駐 波系數(shù)小于1.1。三、實驗原理1.阻抗測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)，因而阻抗測量也是重要測量內容之一。一般情況下，測量的對象可以是膜片、螺釘、 濾波器、諧振

2、腔及其它不均勻性等。在阻抗測量的方法中常采用測量線法。 本實 驗著重應用測量線技術測量終端型(等效二端網絡)微波元件的阻抗。由傳輸線理論可知，傳輸線上任一點的輸入阻抗Zn與其終端負載阻抗ZL關系為：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為至終端負載的距離設傳輸線上第一個電壓駐波最小點離終端負載的距離為lmin ,電壓駐波最小點處的輸入阻抗在數(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，負載阻抗的

3、測量實質上歸結為電壓駐波系數(shù)p及駐波相位1min值的測量，當測出p及imin后，就能由上式計算負載阻抗Zl0但是，這是一個復數(shù)運算， 在工程上，通常由P和lmin從圓圖上求出阻抗或導納來。電壓駐波系數(shù)p的測量，已在實驗一中討論過了，現(xiàn)在來討論1min的測量方法。由于測量線結構的限制，直接測量終端負載Zl端面到第一個駐波最小點的距 離lmin是比較困難的。因此實際測量中常用”等效截面法”（以波導測量線系統(tǒng)為 例）：首先將測量線終端短路，此時沿線的駐波分布如圖2-1 a所示。用測量線測 得某一駐波節(jié)點位置Dt （任一駐波節(jié)點與終端的距離都是半波長的整倍數(shù)n g/2, n 1, 2, 3），將此位置

4、定為終端負載的等效位置 Dt。然后去掉短路 片改接被測負載，此時系統(tǒng)的駐波分布如圖2-1 b所示。用測量線測得Dt左邊第 一個駐波最小點的位置Da及p,則1min |Dt Da|。駐波最小點截面處的阻抗為 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 A所代表的值。 由A點沿等p圓向負載方向旋轉lmin / g得到T點，點T的讀數(shù)即為待測元件的 歸一化阻抗Zl。以上是以波導測量線系統(tǒng)為例說明了阻抗測量的實驗原理。 對于同軸測量線 系統(tǒng)，首先是將測量線終端開路，然后在將被測負載接上，所測的 Dt和Da,要 進行相應的變換才是公式中需要的lmin。圖2- 1阻抗測量原理圖負載阻抗（單

5、端口網絡阻抗）的測量可由駐波系數(shù)及其波節(jié)點位置換算 得到，系統(tǒng)上的輸人阻抗周期性的變化，每儲阻抗重復一次，所以被測元件的輸入阻抗可由測量線上品啪到2件端口的參考面T的輸入阻抗來確定，測量時測得駐波系數(shù)和參考面到波節(jié)點的距離通過圓圖換算確定被測元 件的阻抗。2.匹配技術在微波傳輸及測量技術中，阻抗匹配是一個十分重要的問題。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，必須在傳輸線與負載之 間接入某種純電抗性元件，如單螺調配器、多螺調配器以及單短截線、雙短截線 等調配器件，具作用是將任意負載阻抗變換為1+j0 （規(guī)一化值），從而實現(xiàn)負載和傳輸線的阻抗匹配。單螺釘調配器：螺釘?shù)淖饔?/p>

6、是引入一個并聯(lián)在傳輸線上的容性電納，借助于 導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單螺釘調配器原理圖圖中YL點表示被匹配的負載輸入導納，欲使負載匹配即 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A和A', A點輸入導納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。由于滑動單螺調配 器能對圓圖上任一導納值調配，故在理想情況下它的禁區(qū)為零。三螺釘調配器：這種調配器的螺釘位置固定在傳輸線上，依靠調配螺釘深度 得到匹配。

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

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

9、置的讀數(shù)：DT=127.0mmDt左側第一個駐波節(jié)點位置：DA=101.1mm則由以上兩值，可得：lmin=|DTDA|=25.9mm2、由兩點法測得的波長如下：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)據代入Zl表達式可以得到阻抗值：Zl1 j tg lmin jtg l min/ (1.587+j0.31548)0.6

10、66+j0.1835、總結用同軸調配器的調匹配步驟在調節(jié)匹配過程中，我們先移動測量線探針找到并記下波節(jié)點位置，然后繼 續(xù)調節(jié)測量線調到波腹點，此時調節(jié)調配器位置，駐波波腹點有所下降，波節(jié)點 有所上升，直至波節(jié)點和波腹點相差不大時，調節(jié)螺釘深度，同時用測量線跟蹤 駐波大小，直至實現(xiàn)匹配。七、誤差分析實驗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，在測量波導波長時采用兩點法，測量駐波比時則用等指示度法, 同時增加重復測量次數(shù)取平均值進行記錄，盡量減少人為誤差。八、思考題1、匹配元件應連接在測量系統(tǒng)中什么地方？為什么？應接在最右邊。因為匹配元件幾乎能吸收全部入射功率

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、通過實驗，總結匹配技巧。在調節(jié)匹配過程中，我們先移動測量線探針找到并記下波節(jié)點位置，然后繼 續(xù)調節(jié)測量線調到波腹點，此時調節(jié)調配器位置，駐波波腹點有所下降，波節(jié)點 有所上升，直至波節(jié)點和波腹點相差不大時，調節(jié)螺釘深度，同時用測量線跟蹤 駐波大小，直至實現(xiàn)匹配。3、在各項測量中，通常采用駐波圖形的波節(jié)點為基準進行測量，是否可以采用 波腹點做基準測量？為什么？可以采用波腹點做基準測量。因為駐波的波節(jié)點與波腹點接連出現(xiàn)，相鄰波節(jié)點與相鄰波腹點之間距離相等，所以采用波節(jié)點和波腹點為基準項等價。八、實驗總結通過本次實驗我們了解了阻抗調配原理及調配方法，熟悉了單枝節(jié)匹配器的匹配原理，掌握Smith圖解法設計微帶線匹配網絡，鞏固了之