實驗二-微波基礎(chǔ)計算器

實驗二微波根底計算器實驗學(xué)時：2實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗?zāi)康奈⒉夹g(shù)根底計算器是以微波計算為根底的進(jìn)行專業(yè)計算的工具。實現(xiàn)了微波技術(shù)根底理論中長線理論、Smith圓圖、網(wǎng)絡(luò)理論等局部的計算。此計數(shù)器共包括：長線上任意點輸入阻抗、反射系數(shù)、行波系數(shù)、駐波比的計算。smith圓圖的自動和手工繪制。任意長線和負(fù)載的單枝節(jié)匹配。雙口網(wǎng)絡(luò)S、Z、Y、A參數(shù)的相互轉(zhuǎn)換。二、實驗儀器 裝有MicroWaveOffice軟件的計算機三、實驗原理3.1長線理論根底知識回憶：--微波傳輸線〔長線〕理論(Q1:傳輸線理論中根本物理量是什么？)電壓波與電流波〔入射與反射〕關(guān)系：理想(無耗)均勻傳輸線的傳輸特性歸結(jié)為兩個實數(shù)：傳播常數(shù)和特性阻抗。傳輸線理論三套參量：輸入阻抗in，反射系數(shù)，駐波參量〔駐波系數(shù)和駐波相位lmin〕三套參量間的換算關(guān)系：三套參量同時一個單位圓內(nèi)表示1三套參量同時一個單位圓內(nèi)表示1〕由橫坐標(biāo)表示反射系數(shù)實部，縱坐標(biāo)表示反射系數(shù)虛部，構(gòu)成反射系數(shù)復(fù)平面；2〕對于一個無耗均勻傳輸線，其反射系數(shù)的模是不變的，變化的是位相〔位置〕構(gòu)成反射系數(shù)同心圓；以負(fù)載為參考面向源移動時，位相角減少，順時針轉(zhuǎn)動3〕駐波系數(shù)在反射系數(shù)復(fù)平面上也是同心圓，4)阻抗在反射系數(shù)復(fù)平上表示時要歸一化；某一點的阻抗由經(jīng)過該點的等電阻圓與等電抗弧線確定。純電抗純電阻開路點短路點匹配點本實驗是利用并聯(lián)枝節(jié)進(jìn)行傳輸線匹配。終端短路傳輸線相當(dāng)于一個純電抗在主傳輸線上并聯(lián)一個短路面位置可調(diào)的支路傳輸線，相當(dāng)并聯(lián)一個可變電抗。由于并聯(lián)枝節(jié)，進(jìn)行匹配設(shè)計時用導(dǎo)納方法表示更為方便。3.2二端口微波網(wǎng)絡(luò)理論微波電路是由多個微波器件構(gòu)成：一段同軸線可看成一個微波器件，一個環(huán)形器也是一個微波器件。對于均勻傳輸線〔如同軸線〕，可用傳輸線理論〔包括阻抗圓圖〕進(jìn)行分析但對于非均勻微波系統(tǒng)〔如環(huán)形器〕，與雙導(dǎo)體相連接時其電場分布是不連續(xù)的。這時可以等效為一個網(wǎng)絡(luò)，不考慮其內(nèi)部電場結(jié)構(gòu)，而只關(guān)心端口處的特性。例如一個帶接頭的二端口微波器件可表示如下：T1T1T2接頭是規(guī)那么波導(dǎo)段，可等效為一對雙導(dǎo)體，是分布參數(shù)電路；器件內(nèi)部的不連續(xù)性可等效為集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)。這樣這個帶頭的微波器件就構(gòu)成了一個微波網(wǎng)絡(luò)。3.3微波計算器的使用有了以上這些根本概念之后，我們就可以學(xué)習(xí)微波計算器的使用方法。這個計算器實際上就是利用以上的公式，編成、作圖完成的，國內(nèi)外也還有很多類似的軟件。微波計算器的主界面如圖1所示。圖1微波計算器主界面長線理論圖2長線理論窗口需要輸入的參數(shù)有特性阻抗、負(fù)載阻抗、工作波長、線長。其中線長為圖中整個線的長度。圖中當(dāng)前點的線長為0.544。且線長與波長的單位保持一致。計算器根據(jù)你輸入的參數(shù)，再根據(jù)傳輸線公式，可以計算出圖中當(dāng)前綠色標(biāo)記處的輸入阻抗和導(dǎo)納。并且計算出當(dāng)前點的反射系數(shù)等參數(shù)。3.3.2選擇圖1中所示的“阻抗〞或“導(dǎo)納〞工具，會相應(yīng)出現(xiàn)圖3的阻抗圓圖和圖4導(dǎo)納圓圖窗口。圖3阻抗圓圖圖4導(dǎo)納圓圖以阻抗圓圖為例，窗口中需要輸入的參數(shù)有三個：反射系數(shù)、歸一化電阻、歸一化電抗，相應(yīng)在左邊的畫出等反射系數(shù)圓、等電阻圓、等電抗圓。等電阻圓和等電抗圓的交點便是阻抗為2＋1j的點〔對應(yīng)圖中輸入的參數(shù)〕。另外通過下方的“自動獲取數(shù)據(jù)〞選項可以自動長線計算的窗口中獲取計算數(shù)據(jù)，并自動繪制當(dāng)前點的圓圖。如果選中“自動刷新〞，可以使兩個窗口中的數(shù)據(jù)自動保持同步。這時拖動長線窗口中的綠色標(biāo)記，可以看到圓圖隨距離的變化。單枝節(jié)匹配選擇圖1中所示的“匹配〞工具，會相應(yīng)出現(xiàn)圖5所示的窗口。圖5單枝節(jié)匹配同樣，在此窗口中，輸入相應(yīng)的參數(shù)，軟件會自動算出單枝節(jié)匹配的匹配點和相應(yīng)的長度。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)轉(zhuǎn)換選擇圖1中所示的“轉(zhuǎn)換〞工具，會相應(yīng)出現(xiàn)圖6所示的窗口。在輸入?yún)?shù)的下拉列表中，選擇一個參數(shù)，共有S參數(shù)、Y參數(shù)、Z參數(shù)、A參數(shù)四種選擇。選擇其中一個后，輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后點擊“開始換算〞按鈕，便可以計算出對應(yīng)的其他參數(shù)的值。圖6網(wǎng)絡(luò)參數(shù)轉(zhuǎn)換四、實驗內(nèi)容：4.1長線理論設(shè)置特性阻抗為50歐姆，負(fù)載阻抗我們選擇100－j50，波長輸入1，線長輸入5，此處波長與線長都為相對值，計算線長Z為2.2、3、4.6三處的輸入阻抗和反射系數(shù)，并且通過課本上相應(yīng)的傳輸線公式和反射系數(shù)公式驗證。4.2阻抗、導(dǎo)納圓圖以阻抗圓圖為例，在反射系數(shù)中輸入0.441＋j0.073，歸一化電阻輸入“2”，歸一化電抗輸入“－1”，最后選擇“開始繪制〞按鈕，左邊便相應(yīng)的出現(xiàn)反射系數(shù)圓圖、值為2的等電阻圓，值為－1的等電抗圓。等電阻圓與等電抗圓的點便是歸一化阻抗為2－j的點。接下來我們選擇“自動獲取數(shù)據(jù)〞、“窗體半透明〞和4.3單枝節(jié)匹配特性阻抗為50歐姆，終端負(fù)載為50+j100，使用單枝節(jié)匹配，求枝節(jié)的位置d和長度L。五、實驗報告1、查閱和自學(xué)微波技術(shù)根底知識的相關(guān)文獻(xiàn)資料，理解長線理論和二端口微波網(wǎng)絡(luò)理論及其應(yīng)用。要求寫出傳輸線理論三套參量：輸入阻抗