实验三 阻抗的测量和匹配技术

1、实验三 阻抗的测量和匹配技术（综合性）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Smith圆图的应用4. 初步了解谐振腔、波导魔T的特性。 实验内容1. 在测量线系统中测量给定器件的阻抗,并应用三螺调配器对其进行调匹配，使驻波系数1.1。 实验原理1. 阻抗测量原理微波元件的阻抗参数或者天线的输入阻抗等是微波工程中的主要参数，因而阻抗测量也是重要测量内容之一。一般情况下，测量的对象可以是膜片、螺钉、滤波器、谐振腔及其它不均匀性等。在阻抗测量的方法中常采用测量线法。本实验着重应用测量线技术测量终端型（等效二端网络）微波元件的阻抗。由传输线理

2、论可知，传输线上任一点的输入阻抗Zin与其终端负载阻抗ZL关系为：（2.1）其中，为传输线的特性阻抗，为相移常数，为至终端负载的距离。设传输线上第一个电压驻波最小点离终端负载的距离为 电压驻波最小点处的输入阻抗在数值上等于1/即 （2.2）将及代入式（2.2），整理得：（2.3）所以，负载阻抗的测量实质上归结为电压驻波系数及驻波相位值的测量，当测出及后，就能由上式计算负载阻抗ZL。但是，这是一个复数运算，在工程上，通常由和从圆图上求出阻抗或导纳来。电压驻波系数的测量，已在实验一中讨论过了，现在来讨论的测量方法。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是比较困难的。

3、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2-1 a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，1，2，3），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2-1 b所示。用测量线测得DT左边第一个驻波最小点的位置DA及，则。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，为半径的圆与纯电阻轴交点A所代表的值。由A点沿等圆向负载方向旋转得到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

4、线系统，首先是将测量线终端开路，然后在将被测负载接上，所测的和，要进行相应的变换才是公式中需要的。图2- 1阻抗测量原理图负载阻抗（单端口网络阻抗）的测量可由驻波系数及其波节点位置换算得到，系统上的输人阻抗周期性的变化，每隔 阻抗重复一次，所以被测元件的输入阻抗可由测量线上距被测元件端口 的参考面T的输入阻抗来确定，测量时测得驻波系数和参考面到波节点的距离通过圆图换算确定被测元件的阻抗。2. 匹配技术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

5、、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。单螺钉调配器：螺钉的作用是引入一个并联在传输线上的容性电纳，借助于导纳圆图很方便地求出螺钉的纵向位置和电纳jb值，见图1-3-2。图1- 3- 2 单螺钉调配器原理图图中点表示被匹配的负载输入导纳，欲使负载匹配即，首先必须使螺钉所在的平面位于G=1的圆上，由此在圆图上求得等圆与G=1圆的交点A和A，A点输入导纳，电纳呈感性。螺钉电纳呈容性，改变螺钉深度，即能改变并联的容性电纳值，使得到匹配。由于滑动单螺调配器能对圆图上任一导纳值调配，故在理想情况下它的禁区为零。三螺钉调配器：这种调配器的螺钉

6、位置固定在传输线上，依靠调配螺钉深度得到匹配。其调配要点是先右后左，循环多次，在调节过程中需不断观测驻波大小，使波节点电平提高，直至波节点和波腹点电平接近，驻波系数最小。三短截线同轴调配器：三短截线彼此相距固定在传输线上，依靠调节短截线长度得到匹配。其调配要点为先右后左，循环多次，在调节过程中也是不断使波节点电平提高，直至驻波系数最小。【实验仪器及实验装置图】测量元件阻抗的示意图使用调配器调匹配的实验装置示意图【实验内容及实验步骤】1.调整微波测量系统 1.1测量线输出端接匹配负载,按操作规程调整测量系统,并用频率计测量 信号源工作频率. 1.2测量线终端换接短路板,用交叉 读数法测量波导波长

7、g,并确定位于测量线中间的一个波节点位置dT, 计录测量数据. 2.测量电感(或电容)膜片及晶体检波器输入阻抗. 2.1取下短路板,测量线输出端接右图所示的“电感(或电容)膜片+负载匹配测出dT左边相邻驻波节点的位置dmin, 计算lmin=I dmin - dmin I,记录测量数据. 2.2用微波衰减器调整功率电平,使测量线探头晶体处于平方律检波范围. 用直接法测量驻波比,记录数据.2.3根据, lmin,g,应用导纳圆图计算“电感(或电容)膜片+负载匹配”的归一化导纳. 2.4测量线终端换接晶体检波器,重复步骤2.12.3,将数据记录下述表格。3. 用滑动单螺调配器（或三螺调配器）和双T

8、调配器调配晶体检波器，使驻波比小于1.05。 3.1不改变晶体检波器工作状态,将滑动单螺调配器接于测量线和晶体器之间,单螺钉完全退出波导.将所测数据记录下表。3.2由滑动单螺调配器结构示意图所示,l=(ng /2)+g(n=0,1,2,3,), 估算调配螺钉应离开终端负载的大约距离l,记录数据于上表,并调节螺钉于此位置.。 3.3缓慢调节螺钉穿伸度,并微调螺钉位置,用测量线跟踪驻波节点,使电表指示读数逐步增加;在用测量线跟踪驻波腹点,使指示电表读数逐步下降,反复数次,直至驻波比1.05.测量螺钉与终端实际距离l,读取螺钉穿伸度t,将数据记于上表。 3.4不用圆图,直接用单螺钉配晶体检波器.调配器单螺钉穿伸度置于12 mm,移动其位置,并用测量线分别跟踪驻波腹点与节点,直至螺钉在某一位置时,驻波腹点有下降,驻波节点有上升的趋势.这时,反复调整螺钉穿伸度