单口网络阻抗测量与匹配

电子工程学院实验中心微波技术与天线实验1一、单口网络阻抗测量与匹配一、基本要求1了解测量线探针谐的原理。学会微波测量系统调整的基本方法。2掌握用波导测量线对单口网络进行阻抗的测量，并根据实验数据熟练运用圆图或公式求出待测负载的输入阻抗。3掌握单镙钉(单枝节)调配器实现阻抗匹配的实验方法。二、测量系统三公分波导测量系统主要由以下部份组成1数字频率综合源2环行器3衰减器4十字槽定向耦合器5测量线6波长计7检波器8选频放大器9功率计10波导元器件二、实验原理1探针调谐经典的微波测量工具是测量线，英文(SlottedLine)原意是开槽线。常见的测量线有波导和同轴测量线。波导测量线，沿波导宽边中央纵向开槽；同轴测量线，在外导体上向中轴线沿纵向开槽；微波测量线的基本结构包括三部份：开槽线段、探针耦合指示机构、传动机构。下面以波导测量线为重点，介绍探针调谐的原理。众知，沿波导宽边中央纵Fh探针从开槽线提取微波功率经检波器在电流计上予以显示IU电子工程学院实验中心微波技术与天线实验2向开一尺寸合适的槽(缝)，不切割波导内壁电流，对波导传输的电磁波几乎没有影响。在缝内插入一细小探针，拾取一定的电埸能量，检波后用电流表指示，可相对地表示波导内电埸能量的大小。如果增加传动机构，让探针沿开槽线纵向移动，就能够观察出波导内传输波的状态：行波、驻波、行驻波。并可得到驻波比、阻抗、网络参数等。电磁波遇到探针后，会产生附加反射，等效这一个电纳，拾取功率后等效为一个电导。所以，探针插入后，在传输线上等效为一个并联的导钠。这个导钠对测量有很大的影响。严格地分析(«微波测量»课)可知：A电钠影响被测驻波的波节点位置，B电导影响被测驻波比的大小，C电钠影响探针拾取功率的大小。尽管探针插入足够深，如果未调谐，检波指示可能为零。因此，为了准确的测量，必须进行探针调谐，引入一个性质与前述等效电纳相反的的电纳抵消之。实际中，是用一个与探针短路的活塞，调节活塞位置，当检波指示电流最大时，可认为已经调谐。在满足指示灵敏度要求情况下，探针插入越浅越好。2单口负载阻抗测量原理长线理论可知：要求负载阻抗，必须在传输线上有一点阻抗已知，与负载的距离已知。证明llZjl1min1mintantan1根据长线输入阻抗公式zjzjzZZZZZZlllintantan)(00距负载第一个波节点处的阻抗为已知阻抗ZlZin01min)(代入输入阻抗公式即ZlZZlZZZllljj01min1min00tantan将此式整理可得llZjl1min1mintantan1我们的任务是用实验的方法得到这两个要素。3实验方法(1)选择波节点归一化阻抗1minZ为已知阻抗点，用波导测量线测出待测负载驻波比。驻波比=iiEEminmaxmaxmax(2)波节点与传输线末端待测负载的接入位置的距离，就是待测长度。lTgDD1minmin)(/2结论：单口负载阻抗的测量就是对这单口负载进行驻波比和待测长度的测量由于测量线受到结构限制，即开槽测量线不可能延伸到波导末端，不可能直接测量这个长度。这个问题可以利用2/传输线阻抗周期性相等的原理来解决。在测量线末端接短路负载，形成纯驻波，且短路面处为波节点，在传输线电子工程学院实验中心微波技术与天线实验3上任何一个波节点均可看作测量线末端的等效位置(等效短路面)，在测量线探针行程刻度的中间部位找到短路面和行驻波波节点等效位置DT和Dmin。则待测长度D︱DT-Dmin︱=lmin单口负载阻抗测量的过程，可以用下图简单表示DminTD负载驻波比最小处Dmin阻抗为1D1求1)1(sincos222222ctgctgxrxjrZLLLLLLZ周期性特点，负载阻抗与处阻抗相等0gTDTD1D2D3D4DDminTD负载驻波比最小处Dmin阻抗为1D1求1)1(sincos222222ctgctgxrxjrZLLLLLLZ周期性特点，负载阻抗与处阻抗相等0gTDTD1D2D3D4D负载驻波比最小处Dmin阻抗为1D1求1)1(sincos222222ctgctgxrxjrZLLLLLLZ周期性特点，负载阻抗与处阻抗相等0gTDTD1D2D3D4D周期性特点，负载阻抗与处阻抗相等0gTDTD1D2D3D4D4单螺钉(单枝节)调配器实现负载阻抗匹配单螺钉调配器是传输线理论中单枝节调配器在波导中具体形式。实现阻抗匹配的两个要素是：枝节接入位置和枝节的大小，也就是螺钉的位置和深。实验的方法是：在螺钉调配器输出端接匹配负载，调节单螺钉调配器的螺钉深度，用测量线测量其驻波比等于待匹配负载的驻波比。然后取下匹配负载，接入待匹配的负载，调节单螺钉调配器螺钉位置，使其驻波比最小，接近匹配。可见，实验的方法是：先确定螺钉深度，再定螺钉位置。而解题方法是：先确定螺钉位置，后定螺钉深度。为什么？三实验步骤及数据处理1开启微波振荡器电源，进行探针调谐，使电流表指示最大。2接短路板，在测量线中间部位找到两个波节点，用交叉读数法测量和。实际测量数据是四个位置点D1，D2，D3，D4。和数据记录表gTDTDg电子工程学院实验中心微波技术与天线实验4D1D2D3D4=(D1+D2)/21233接待测负载，在测量线上等效短路面的靠近信号源一侧，读出第一个波节点，并读出最小电流值imin继续移动测量线探针位置，找出最大电流值imax单口负载阻抗测量数据表1234单螺钉+匹配负载，调螺钉深度(螺钉位置不动)，使驻波比与3)中的所测驻波比相等。保持此时螺钉深度不动。5取下匹配负载，单螺钉后面接待测负载，调节螺钉位置(保持螺钉深度不变)，同时跟踪测驻波比，直到驻波最小，使之近匹配，要求。6用公式计算待测负载的输入阻抗LLLxjrZ222sincosLr1)1(222ctgctgxLlD1minTDminD21DDg43DDTDminDminimaxiTDDDminminmaxii15.1