实验三复反射系数

实验三复反射系数（复阻抗）测量一．实验目的1.了解测量线的基本结构和调谐方法，掌握微波晶体检波律的校准方法。2.了解驻波测量与阻抗测量的意义与相互关系，熟练掌握用测量线测量反射系数即复阻抗的基本方法。3.熟悉Smith阻抗园图的应用。二．实验原理三．实验步骤1.测量线后接短路片。将信号调至最大，并用波长计测出工作频率f，由此计算导波长λg。计算导波长时，需矩形波导宽边的长度，实验室所用的BD20系列波导的a=2.286cm。λg=λ/√1-(λ/λc)^2,λc=2a。2.在测量线后接短路片，用交叉读数法测出各最小点位置Dmin（需将系统灵敏度调至最佳状态，以提高最小点为止的测量精度），求导波长λg。并与上面计算得的λg相比较。3.在测量线后接匹配负载，用直接法测出其驻波系数。4.在测量线后接膜片+匹配负载，用直接法、二倍最小法、功率衰减法测量其驻波系数，并测出其最小点位置（均需用交叉度数法测量）。计算该负载的输入阻抗及输入导纳。功率衰减器的刻度通过查表得到衰减量（dB）。5.取下负载，测量线开口，测一下此时的驻波系数ρ及Dmin，计算终端开口时的等效阻抗值。6.在测量线后接短路片，测量晶体检波律。四．实验数据和计算过程：1测量线后接短路片：螺旋测微计读数为8.46mm，经查表对应的频率为9.37GHZ。根据公式λg=λ/√1-(λ/λc)^2，λ=c/f，λc=2a，经计算求出λg=4.48cm2.测量线后接短路片：3.交叉读数法的数值分别为115mm、108.3mm和92.5mm、85.8mm。对应的Dmin1=111.65mm和Dmin2=89.15mm。∆Dmin=22.5mm，λg=2∆Dmin=4.5cm。与上一组测得的结果4.48相比，相差不到0.5%。3.测量线后接匹配负载：4.amax=1000，amin=920。在此默认晶体检波律为n=2，所以ρ=√amax/amin=1.0434.测量线后接膜片＋匹配负载：①直接法：ρ=√amax/amin=√1000/36=5.27.②二倍最小法：ρ=√1+1/[sin（piW/λg）]^2,W=87.7-85=2.7mmλg=4.5cm,计算得ρ=5.43.③功率衰减法：ρ=10^(∆A/20),∆A=Amax-Amin=17.9-2.4=15.5dB,计算后得ρ=5.96.④最小点位置为(87.7+85)/2=86.35mm.参考面位置为89.6mm，因此dmin=-3.25mm(因为最小点位置在参考面的负载段方向)。ρ取平均值为5.53计算公式为：Z=1-jρtan（βdmin）/ρ-jtan（βdmin），β=2pi/λg经计算归一化阻抗Z=0.22+0.47j，归一化导纳Y=0.81-1.74j5.测量线开口：ρ=10^(∆A/20)，∆A=Amax-Amin=8.7-4.3=4.4dB，计算后得ρ=1.66，Dmin=(104.4+87.2)/2=95.8mm.dmin=6.2mm计算公式为：Z=1-jρtan（βdmin）/ρ-jtan（βdmin），β=2pi/λg经计算终端开口的等效归一化阻抗值为Z=0.95-0.5j，归一化导纳Y=0.824+0.434j。6.测量线后接短路片：经计算，有：Dmin=89.6mm,d1=11.7mm,d2=9.7mm,d3=8.7mm,d4=7.8mm,d5=7mm,d6=6.3mm,d7=5.5mm,d8=4.8mm,d9=3.8mm,d10=1.8mm.a相对=1，E相对=0.998；a相对=0.9，E相对=0.977;a相对=0.8，E相对=0.937;a相对=0.7，E相对=0.886;a相对=0.6，E相对=0.829;a相对=0.5，E相对=0.771;a相对=0.4，E相对=0.695;a相对=0.3，E相对=0.621;a相对=0.2，E相对=0.506;a相对=0.1，E相对=0.249.a0.10.20.30.40.5E0.2490.5060.6210.6950.771n1.662.362.532.522.67a0.60.70.80.91E0.8290.8860.9370.9770.998n2.722.953.434.53-五．结果分析1.测量导波波长：经查表读出的频率为9.37GHZ，与信号源发出的频率9.37GHZ相吻合。两种测量方法相比较，第一种误差取决于波长计的精度和实验室中波速v与光速的误差程度，而第二种则从另外一个角度出发，直接在测量线上测量λg，误差取决于读数的准确度。得出的结果为λg=4.5cm（4.48cm）2.测量匹配负载的驻波系数：采用直接法测量，得出结果为ρ=1.043，与理论值1基本吻合，负载的匹配程度很好。3.测量膜片+负载的阻抗：需要借助等效参考面进行计算，本实验中，采用的参考面为89.6mm。在计算dmin的时候会出现负值，原因是Dmin在参考面的偏负载一端。得出的数值为：ρ=5.53，归一化阻抗Z=0.22+0.47j。4.测量开路时的阻抗：归一化阻抗Z=0.95-0.5j，与理论值差距很大，这里考虑空气本身是良好的微波介质，所以简单地不接负载并不能视为是理想开路条件。5.测量晶体检波律：选取了10个点，晶体检波律n取值从1.66到4.53变化，由表格可见，在信号偏小的时候晶体检波律可视为2，将检波律的偏差视为测量误差进行考虑，但在信号较大时便要读取a、E关系曲线上的数值进行计算了。六．思考题1.用测量线测微波阻抗应注意什么问题？为什么能用测等效参考面阻抗的方法确定待测阻抗？①确定等效参考面，测出驻波比ρ导波波场λg和最小点到负载距离dmin，即可测出微波阻抗。②由于测量线的位置标尺并不是从测量线终端开始刻度的，因而无法直接测量dmin。在传输线上每隔nλg/2处的阻抗值相等，故可以测等效参考面的阻抗确定待测阻抗。2.能否从你所测得的数据中求出膜片本身的阻抗？你能否考虑出测量膜片阻抗的其他方法？①可以，因为膜片+匹配负载的并联接入，可以将输入导纳的值减去归一化匹配负载导纳1，剩余值即为膜片的导纳，再经过运算即可得到膜片的阻抗。②可以用自动测量线直接测量膜片+负载的导纳和负载的导纳，二者直接相减。可以减小由于负载并不完全匹配所带来的误差。3.试比较实验中所用的三种驻波系数测量方法的特点。①直接法：测试范围受限于检波晶体的噪声电平及平方律检波范围，通常ρ=6的时候才能应用此种方法。②二倍最小法：ρ越大时，w/λg的值就越小，因而宽度W和导波波长λg的测量精度对测量结果影响很大，是此种方法的主要误差来源，适用于大中驻波比如ρ3--5.③功率衰减法：此种方法是一种简便准确的驻波测量方法，其测量精度与晶体检波律、测量放大器的线性无关，而主要取决于衰减器校准精度和测量电路的匹配情况。4.测量线后不接负载，ρ=∞吗？为什么？如何得到理想的开路条件？①不等于，因为可视为接入了空气作为负载，由于电磁波可以在空气中很好地传播，故微波中的开路无法以不接负载的方法实现。②可以通过阻抗变换的方法，接入短路片后再接λ/4阻抗变换器，即可得到理想的开路条件。