实验五阻抗测量及匹配技术.docx

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1、北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告学院：电子工程学院班级：组员：报告撰写人：学号：阻抗的测量和匹配技术一实验目的1.掌握利用驻波测量线测量阻抗的原理和方法。2.熟悉利用螺钉调配器匹配的方法3.熟悉Smith圆图的应用4.初步了解谐振腔、波导魔T的特性。二实验内容1.测量给定期间的阻抗和电压驻波系数，并观察其smith圆图。2.在测量线系统中测量给定器件的阻抗,并应用三螺调配器对其进行调匹配，使驻波系数ρ<1.1。三实验原理1.阻抗测量原理微波元件的阻抗参数或者天线的输入阻抗等是微波工程中的主要参数，因而阻抗测量也是重要测量内容之一。一般情况下，

2、测量的对象可以是膜片、螺钉、滤波器、谐振腔及其它不均匀性等。在阻抗测量的方法中常采用测量线法。本实验着重应用测量线技术测量终端型（等效二端网络）微波元件的阻抗。由传输线理论可知，传输线上任一点的输入阻抗Zin与其终端负载阻抗ZL关系为：（2.1）设传输线上第一个电压驻波最小点离终端负载的距离为电压驻波最小点处的输入阻抗在数值上等于1/ρ即（2.2）将及代入式（2.2），整理得：（2.3）所以，负载阻抗的测量实质上归结为电压驻波系数ρ及驻波相位值的测量，当测出ρ及后，就能由上式计算负载阻抗ZL。但是，这是一个复数运算，在工程上，通常由ρ和从圆图上求

3、出阻抗或导纳来。电压驻波系数ρ的测量，已在实验一中讨论过了，现在来讨论的测量方法。由于测量线结构的限制，直接测量终端负载ZL端面到第一个驻波最小点的距离是比较困难的。因此实际测量中常用“等效截面法”（以波导测量线系统为例）：首先将测量线终端短路，此时沿线的驻波分布如图2-1a所示。用测量线测得某一驻波节点位置DT（任一驻波节点与终端的距离都是半波长的整倍数，1，2，3…），将此位置定为终端负载的等效位置DT。然后去掉短路片改接被测负载，此时系统的驻波分布如图2-1b所示。用测量线测得DT左边第一个驻波最小点的位置DA及ρ，则。以上是以波导测量线系

4、统为例说明了阻抗测量的实验原理。对于同轴测量线系统，首先是将测量线终端开路，然后在将被测负载接上，所测的和，要进行相应的变换才是公式中需要的。图2-1阻抗测量原理图负载阻抗（单端口网络阻抗）的测量可由驻波系数及其波节点位置换算得到，系统上的输人阻抗周期性的变化，每隔　阻抗重复一次，所以被测元件的输入阻抗可由测量线上距被测元件端口　的参考面T的输入阻抗来确定，测量时测得驻波系数和参考面到波节点的距离通过圆图换算确定被测元件的阻抗。1.匹配技术在微波传输及测量技术中，阻抗匹配是一个十分重要的问题。为保证系统处于尽可能好的匹配状态而又不降低传输系统的传

5、输效率，必须在传输线与负载之间接入某种纯电抗性元件，如单螺调配器、多螺调配器以及单短截线、双短截线等调配器件，其作用是将任意负载阻抗变换为1+j0（规一化值），从而实现负载和传输线的阻抗匹配。单螺钉调配器：螺钉的作用是引入一个并联在传输线上的容性电纳，借助于导纳圆图很方便地求出螺钉的纵向位置和电纳jb值，见图1-3-2。图1-3-2单螺钉调配器原理图图中点表示被匹配的负载输入导纳，欲使负载匹配即，首先必须使螺钉所在的平面位于G=1的圆上，由此在圆图上求得等ρ圆与G=1圆的交点A和A’，A点输入导纳，电纳呈感性。螺钉电纳呈容性，改变螺钉深度，即能改

6、变并联的容性电纳值，使得到匹配。由于滑动单螺调配器能对圆图上任一导纳值调配，故在理想情况下它的禁区为零。三螺钉调配器：这种调配器的螺钉位置固定在传输线上，依靠调配螺钉深度得到匹配。其调配要点是先右后左，循环多次，在调节过程中需不断观测驻波大小，使波节点电平提高，直至波节点和波腹点电平接近，驻波系数最小。三短截线同轴调配器：三短截线彼此相距固定在传输线上，依靠调节短截线长度得到匹配。其调配要点为先右后左，循环多次，在调节过程中也是不断使波节点电平提高，直至驻波系数最小。四实验装置使用调配器调匹配的实验装置示意图按原理图接好设备调整系统，可测得波导中

7、（测量线）电场沿线的幅值分布。在各种微波网络中，二端口微波网络是最基本的。例如：衰减器、相移器、阻抗变化器和滤波器等均属于二端口微波网络。传播主模式的波导所接的终端结构的电性质可由单点测量求得，如果采用测量线，应测量电压驻波比以及电压最小值到输入平面的距离，然后根据公式求得阻抗值。可由测得的波腹与波节值，计算出系统的驻波比及反射系数模值：反射系数与同一点处线的输入阻抗有如下关系：而式中相波长可按本实验第一项的方法求得。由测定的，即可计算出负载阻抗（归一化值）。或者直接利用求出。五实验步骤（1）按原理图接好设备，开启信号源，使信号源工作于最佳方波，

8、扫频状态。（2）移动测量探针，测量相邻的电压最小值之间的距离，以测出传输线中的波长，即波导波长。（3）短路片安置在测量线的输出端上，并记