阻抗的测量与匹配

近代物理实验设计性实验1阻抗的测量与匹配姓名：郭杉班级：一班学号：2012012798一、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.熟悉微波元件的原理与使用。二、实验仪器123456781、信号发生器2、隔离器3、频率计4、可变衰减器5、测量线6、测量放大器7、被测件8、短路片三、实验原理1.阻抗测量原理minmin1ljtgltgjZL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minl值的测2gDTZLTDAminEmaxEminglmin00+j-jA电源负载ρ∞Ta.b.输入信号短路片c.近代物理实验设计性实验2量，当测出ρ及minl后，就能由上式计算负载阻抗ZL。1)驻波测量线法测波导波长为提高测量精度，通常采用交叉读数法确定波节点的位置，即在波节点附近找出指示器上输出幅度相等的两点的坐标，取这两点的坐标的平均值作为波节点的坐标。则)()(''2'2''1'1xxxxg2)电压驻波系数ρ的测量电压驻波比是传输线中电场最大值和最小值之比。minminIIEEmaxmax3)minl的测量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minl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2/gn，n1，2，3…），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ATDDlmin。驻波最小点截面处的阻抗为纯电阻，其电阻值即是以0为圆心，ρ为半径的圆与纯电阻轴交点A所代表的值。由A点沿等ρ圆向负载方向旋转gl/min得到T点，点T的读数即为待测元件的归一化阻抗ZL。以上是以波导测量线系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TD和AD，要进行相应的变换才是公式中需要的minl。(a)　电容膜片(b)　电感膜片图　四2.阻抗匹配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输效率，必须在传输线与负近代物理实验设计性实验3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。四、实验内容（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，扫频状态。（2）短路片安置在测量线的输出端上，观察探针电压最小值，并采用交叉读数法确定波节点的位置，即在波节点附近找出指示器上输出幅度相等的两点的坐标，用驻波测量线法测波导波长。（3）将电容膜片安置在测量线的输出端上，测出最大电流和最小电流时对应的坐标，求出驻波比。在短路片的情况时的坐标位置左侧移动螺钉，使电流在某位置达到最小后，记下坐标。与短路片的情况时的坐标进行比较，求出minl。（4）将电感膜片安置在测量线的输出端上，测出最大电流和最小电流时对应的坐标，求出驻波比。在短路片的情况时的坐标位置左侧移动螺钉，使电流在某位置达到最小后，记下坐标。与短路片的情况时的坐标进行比较，求出minl。（5）由公式求出阻抗。（6）改变螺钉位置和深度，找出电流最大值和最小值几乎相等的位置，即匹配完成。五、数据记录与处理1.短路片‘x1‘‘x1‘x2‘‘x21x2xg0.8202.2553.0604.4801.53753.7704.4652.电容膜片位置一第一次位置一第二次minl平均值位置二第一次位置二第二次minl平均值minl0.8900.8300.67753.0903.1250.66250.67驻波比：155.12128g21.3963.电感膜片位置一第一次位置一第二次minl1.8151.8601.9325驻波比：907.12280g21.388六、实验总结通过本次实验，掌握了利用驻波测量线测量阻抗的原理和方法，熟悉了利用螺钉调配器匹配的方法，熟悉了微波元件的原理与使用。