1、實驗三 阻抗的測量和匹配技術（綜合性）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4. 初步了解諧振腔、波導魔T的特性。 實驗內容1. 在測量線系統中測量給定器件的阻抗,并應用三螺調配器對其進行調匹配，使駐波系數<1.1。 實驗原理1. 阻抗測量原理微波元件的阻抗參數或者天線的輸入阻抗等是微波工程中的主要參數，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

2、傳輸線理論可知，傳輸線上任一點的輸入阻抗Zin與其終端負載阻抗ZL關系為：（2.1）其中，為傳輸線的特性阻抗，為相移常數，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 電壓駐波最小點處的輸入阻抗在數值上等于1/即 （2.2）將及代入式（2.2），整理得：（2.3）所以，負載阻抗的測量實質上歸結為電壓駐波系數及駐波相位值的測量，當測出及后，就能由上式計算負載阻抗ZL。但是，這是一個復數運算，在工程上，通常由和從圓圖上求出阻抗或導納來。電壓駐波系數的測量，已在實驗一中討論過了，現在來討論的測量方法。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是比較

3、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點位置DT（任一駐波節點與終端的距離都是半波長的整倍數，1，2，3），將此位置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，則。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，為半徑的圓與純電阻軸交點A所代表的值。由A點沿等圓向負載方向旋轉得到T點，點T的讀數即為待測元件的歸一化阻抗ZL。以上是以波導測量線系統為例說明了阻抗測量的實驗原理。對于

4、同軸測量線系統，首先是將測量線終端開路，然后在將被測負載接上，所測的和，要進行相應的變換才是公式中需要的。圖2- 1阻抗測量原理圖負載阻抗（單端口網絡阻抗）的測量可由駐波系數及其波節點位置換算得到，系統上的輸人阻抗周期性的變化，每隔 阻抗重復一次，所以被測元件的輸入阻抗可由測量線上距被測元件端口 的參考面T的輸入阻抗來確定，測量時測得駐波系數和參考面到波節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。為保證系統處于盡可能好的匹配狀態而又不降低傳輸系統的傳輸效率，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

5、單短截線、雙短截線等調配器件，其作用是將任意負載阻抗變換為1+j0（規一化值），從而實現負載和傳輸線的阻抗匹配。單螺釘調配器：螺釘的作用是引入一個并聯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的縱向位置和電納jb值，見圖1-3-2。圖1- 3- 2 單螺釘調配器原理圖圖中點表示被匹配的負載輸入導納，欲使負載匹配即，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圓與G=1圓的交點A和A，A點輸入導納，電納呈感性。螺釘電納呈容性，改變螺釘深度，即能改變并聯的容性電納值，使得到匹配。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為零。三螺釘調配器：這種調配

6、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。其調配要點是先右后左，循環多次，在調節過程中需不斷觀測駐波大小，使波節點電平提高，直至波節點和波腹點電平接近，駐波系數最小。三短截線同軸調配器：三短截線彼此相距固定在傳輸線上，依靠調節短截線長度得到匹配。其調配要點為先右后左，循環多次，在調節過程中也是不斷使波節點電平提高，直至駐波系數最小?！緦嶒瀮x器及實驗裝置圖】測量元件阻抗的示意圖使用調配器調匹配的實驗裝置示意圖【實驗內容及實驗步驟】1.調整微波測量系統 1.1測量線輸出端接匹配負載,按操作規程調整測量系統,并用頻率計測量 信號源工作頻率. 1.2測量線終端換接短路板,用交叉 讀數法測量

7、波導波長g,并確定位于測量線中間的一個波節點位置dT, 計錄測量數據. 2.測量電感(或電容)膜片及晶體檢波器輸入阻抗. 2.1取下短路板,測量線輸出端接右圖所示的“電感(或電容)膜片+負載匹配測出dT左邊相鄰駐波節點的位置dmin, 計算lmin=I dmin - dmin I,記錄測量數據. 2.2用微波衰減器調整功率電平,使測量線探頭晶體處于平方律檢波范圍. 用直接法測量駐波比,記錄數據.2.3根據, lmin,g,應用導納圓圖計算“電感(或電容)膜片+負載匹配”的歸一化導納. 2.4測量線終端換接晶體檢波器,重復步驟2.12.3,將數據記錄下述表格。3. 用滑動單螺調配器（或三螺調配器

8、）和雙T調配器調配晶體檢波器，使駐波比小于1.05。 3.1不改變晶體檢波器工作狀態,將滑動單螺調配器接于測量線和晶體器之間,單螺釘完全退出波導.將所測數據記錄下表。3.2由滑動單螺調配器結構示意圖所示,l=(ng /2)+g(n=0,1,2,3,), 估算調配螺釘應離開終端負載的大約距離l,記錄數據于上表,并調節螺釘于此位置.。 3.3緩慢調節螺釘穿伸度,并微調螺釘位置,用測量線跟蹤駐波節點,使電表指示讀數逐步增加;在用測量線跟蹤駐波腹點,使指示電表讀數逐步下降,反復數次,直至駐波比1.05.測量螺釘與終端實際距離l,讀取螺釘穿伸度t,將數據記于上表。 3.4不用圓圖,直接用單螺釘配晶體檢波器.調配器單螺釘穿伸度置于12 mm,移動其位置,并用測量線分別跟蹤駐波腹點與節點,直至螺釘在某一位置時,駐波腹點有下降,駐波節點有上升的趨勢.這時,反復調整螺釘穿伸度