实验二驻波分布特性的测量与分析

实验二驻波分布特性的测量与分析一、实验目的（1）了解测量线调整和使用方法；（2）测量观察测量线终端不同负载(短路、开路、匹配)时，测量系统的驻波分布情况；（3）理解在矩形波导系统中，不同终端负载对传输系统状态的影响。二、实验原理当波导中存在不均匀性或负载不匹配时，波导中存在驻波。测量驻波特性的仪器为测量线。测量线通常由一段开槽传输线(如开槽波导)、探头座（耦合探针、探针的调谐腔体）和输出指示表、传动装置三部分组成。测量线为了从波导中拾取能量，需要把探针伸入波导，由此在波导中引入不均匀性，从而影响测量系统的正常工作状态。为了分析方便，通常将探针等效为与传输线并联的导纳Yp=gp+jbp,其中gp反映探针吸取功率的大小，bp表示探针在波导中产生反射的影响。在信号源和波导系统匹配的情况下，当终端接任意阻抗负载时，由于gp的分流作用，驻波波腹点的电场强度比真实值小。而bp的存在将使驻波波腹点和波节点的位置发生变化。当终端为短路时，由于此时驻波波节点处的输入导纳为Yin→∞，所以Yp不起作用，故驻波节点位置不会发生偏移。然而在驻波波幅点，Yp影响就特别显著，尤其是探针容性电纳bp的存在，将使驻波波幅点向负载方向偏移，造成测量误差。为了减少gp的影响可以适当减少探针插入深度，bp的消除则要依靠探针的调谐电路来达到。实验中测量线探针电路的调整一般包括调节探针深度和调节指针调谐滑塞(即耦合输出匹配电路)。探针插入适当的深度通常为1.0~1.5mm。当测量系统终端短路时，将探针移至两个驻波波节点正中间位置(即波腹点位置)，调节指针调谐滑塞，直至在选频放大器上观察到的指示最大，此时bp的影响减至最小。调谐的过程就是减少探针反射对驻波图形的影响和提高测量系统灵敏度的过程，这是减少驻波测量误差的关键，必须认真调整。当改变信号源频率或者探针深度时，由于探针电纳Yp亦相应改变，必须对探针电路重新进行调整。通常探针深度及指针调谐滑塞均已调好，不宜轻易变动！！通过对微波技术知识的学习，我们已经知道，在理想的均匀矩形波导系统中传输的主模是TE10模，由于终端负载失配，在波导中会有反射波存在，此时波导传输系统中呈现的是行驻波分布状态。在终端负载阻抗不同的情况下，所形成的驻波分布也就呈现不同的特点。如终端负载短路或开路时，波导传输线中形成纯驻波状态；终端负载匹配时，波导传输线中形成行波分布状态；在其它任意负载阻抗时，波导传输线中呈现行驻波分布状态。利用测量线终端连接不同负载，在测量线上不同位置处d测量出所对应的检波电流值i，就可以根据d~i的关系描绘出驻波分布特性图。三、实验内容和步骤1.平稳连接测量系统，选择信号源为1kHz方波调制工作方式(信号源中已配置)，调整信号的输出大小，使选频放大器指示表上指针不超过量程。2.测量线终端接短路板，首先将测量线探针座移动到测量线一端(最右端)，然后从最右端开始缓慢移动测量线探针座到测量线的另一端，并在移动过程中，选择记录测量线探针座的位置d(mm)及对应的指示表读数。测量时要测量包括三个波腹点和两个波节点在内，同时在每个波腹点与波节点之间测量不少于四个点。3.取下短路板，按同样的方法分别测量终端开口、终端匹配负载时的驻波分布(测量时最好不要改变信号源的输出和可变衰减器的衰减量)。4.将测量数据记入表2-1。四、实验结果及数据处理表2-1-1终端短路驻波分布特性测量数据表探针位置（mm）80.2683.6485.186.428890.493.394.9296.6电表指示值（uA）5200400600800960800600400探针位置（mm）98.64102.9106.28107.76109110.4113.08115.98117.4电表指示值（uA）2004200400600800985800600探针位置（mm）119.9120.62124.94128.46130.1131.48133135.6138.64电表指示值（uA）4002004200400600800985800探针位置（mm）140.1141.48143.04147.06150.36152.02153.66155.3158.24电表指示值（uA）60040020042004006008001000表2-1-2终端开路驻波分布特性测量数据表探针位置（cm）75.6478.6680.0681.3882.9485.0286.5电表指示值（uA）890770650530410290250探针位置（mm）88.289.6290.791.8893.195.0298.24电表指示值（uA）290410530650770890920探针位置（mm）99.1101.2103.8104.1105.3107109.56电表指示值（uA）890770650530410290240探针位置（mm）110.64112.2113.36114.6115.8117.16118.7电表指示值（uA）290410530650770890940表2-1-3终端匹配驻波分布特性测量数据表探针位置（mm）110150163.44电表指示值（uA）242240210图2-1驻波分布特性图由图可知开路和短路状态时，传输线工作在纯驻波状态，驻波特性呈周期性正弦变化。匹配状态下，传输线为行波状态，沿线电压和电流振幅不变，ρ=1。Matlab程序：x1=[80.2683.6485.186.428890.493.394.9296.698.64102.9106.28107.76109110.4113.08115.98117.4119.9120.62124.94128.46130.1131.48133135.6138.64140.1141.48143.04147.06150.36152.02153.66155.3158.24];y1=[52004006008009608006004002004200400600800985800600400200420040060080098580060040020042004006008001000];x2=[75.6478.6680.0681.3882.9485.0286.588.289.6290.791.8893.195.0298.2499.1101.2103.8104.1105.3107109.56110.64112.2113.36114.6115.8117.16118.7];y2=[890770650530410290250290410530650770890920890770650530410290240290410530650770890940];x3=[110150163.44];y3=[242240210];subplot(4,1,1)curv_plotting(x1,y1)holdontitle('终端短路时驻波分布特性图');fontt=10;xlabel('探针位置（mm）','FontName','TimesNewRoman');ylabel('电表指示值（uA）','FontName','TimesNewRoman');subplot(4,1,2)curv_plotting(x2,y2)holdontitle('终端开路时驻波分布特性图');fontt=10;xlabel('探针位置（mm）','FontName','TimesNewRoman');ylabel('电表指示值（uA）','FontName','TimesNewRoman');subplot(4,1,3)curv_plotting(x3,y3)holdontitle('终端匹配时驻波分布特性图');fontt=10;xlabel('探针位置（mm）','FontName','TimesNewRoman');ylabel('电表指示值（uA）','FontName','TimesNewRoman');subplot(4,1,4)plot(x1,y1,x2,y2,x3,y3)title('驻波分布特性图');fontt=10;xlabel('探针位置（mm）','FontName','TimesNewRoman');ylabel('电表指示值（uA）','FontName','TimesNewRoman');五、思考及体会：测量线探针电路的引入对测量结果有哪些影响？测量线探针电路的引入使波导中场的分布不均匀，从而影响测量系统的正常工作状态。调节测量线探头座内的短路活塞，可以获得较高地灵敏度，调节测量线探针伸入波导的程度，可以较好地拾取信号的能量。通常将探针等效为与传输线并联的导纳Yp=gp+jbp，其中gp反映探针吸取功率的大小，bp表示探针在波导中产生反射的影响。在信号源和波导系统匹配的情况下，当终端接任意阻抗负载时，由于gp的分流作用，驻波波腹点的电场强度比真实值小。而bp的存在将使驻波波腹点和波节点的位置发生变化。当终端为短路时，由于此时驻波波节点处的输入导纳为Yin→∞，所以Yp不起作用，故驻波节点位置不会发生偏移。然而在驻波波幅点，Yp影响就特别显著，尤其是探针容性电纳bp的存在，将使驻波波幅点向负载方向偏移，造成测量误差。为了减少gp的影响可以适当减少探针插入深度，bp的消除则要依靠探针的调谐电路来达到。小结：经过本次实验我了解了测量线调整和使用方法，在实践中观测了测量线终端不同负载(短路、开路、匹配)时，测量系统的驻波分布情况，理解了在矩形波导系统中，不同终端负载对传输系统状态的影响，在处理实验数据的过程中进一步复习了matlab。