实验二-微波基础计算器

实验二微波根底计算器实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的微波技术根底计算器是以微波计算为根底的进行专业计算的工具。实现了微波技术根底理论中长线理论、Smith圆图、网络理论等局部的计算。此计数器共包括：长线上任意点输入阻抗、反射系数、行波系数、驻波比的计算。smith圆图的自动和手工绘制。任意长线和负载的单枝节匹配。双口网络S、Z、Y、A参数的相互转换。二、实验仪器 装有MicroWaveOffice软件的计算机三、实验原理3.1长线理论根底知识回忆：--微波传输线〔长线〕理论(Q1:传输线理论中根本物理量是什么？)电压波与电流波〔入射与反射〕关系：理想(无耗)均匀传输线的传输特性归结为两个实数：传播常数和特性阻抗。传输线理论三套参量：输入阻抗in，反射系数，驻波参量〔驻波系数和驻波相位lmin〕三套参量间的换算关系：三套参量同时一个单位圆内表示1三套参量同时一个单位圆内表示1〕由横坐标表示反射系数实部，纵坐标表示反射系数虚部，构成反射系数复平面；2〕对于一个无耗均匀传输线，其反射系数的模是不变的，变化的是位相〔位置〕构成反射系数同心圆；以负载为参考面向源移动时，位相角减少，顺时针转动3〕驻波系数在反射系数复平面上也是同心圆，4)阻抗在反射系数复平上表示时要归一化；某一点的阻抗由经过该点的等电阻圆与等电抗弧线确定。纯电抗纯电阻开路点短路点匹配点本实验是利用并联枝节进行传输线匹配。终端短路传输线相当于一个纯电抗在主传输线上并联一个短路面位置可调的支路传输线，相当并联一个可变电抗。由于并联枝节，进行匹配设计时用导纳方法表示更为方便。3.2二端口微波网络理论微波电路是由多个微波器件构成：一段同轴线可看成一个微波器件，一个环形器也是一个微波器件。对于均匀传输线〔如同轴线〕，可用传输线理论〔包括阻抗圆图〕进行分析但对于非均匀微波系统〔如环形器〕，与双导体相连接时其电场分布是不连续的。这时可以等效为一个网络，不考虑其内部电场结构，而只关心端口处的特性。例如一个带接头的二端口微波器件可表示如下：T1T1T2接头是规那么波导段，可等效为一对双导体，是分布参数电路；器件内部的不连续性可等效为集总参数网络。这样这个带头的微波器件就构成了一个微波网络。3.3微波计算器的使用有了以上这些根本概念之后，我们就可以学习微波计算器的使用方法。这个计算器实际上就是利用以上的公式，编成、作图完成的，国内外也还有很多类似的软件。微波计算器的主界面如图1所示。图1微波计算器主界面长线理论图2长线理论窗口需要输入的参数有特性阻抗、负载阻抗、工作波长、线长。其中线长为图中整个线的长度。图中当前点的线长为0.544。且线长与波长的单位保持一致。计算器根据你输入的参数，再根据传输线公式，可以计算出图中当前绿色标记处的输入阻抗和导纳。并且计算出当前点的反射系数等参数。3.3.2选择图1中所示的“阻抗〞或“导纳〞工具，会相应出现图3的阻抗圆图和图4导纳圆图窗口。图3阻抗圆图图4导纳圆图以阻抗圆图为例，窗口中需要输入的参数有三个：反射系数、归一化电阻、归一化电抗，相应在左边的画出等反射系数圆、等电阻圆、等电抗圆。等电阻圆和等电抗圆的交点便是阻抗为2＋1j的点〔对应图中输入的参数〕。另外通过下方的“自动获取数据〞选项可以自动长线计算的窗口中获取计算数据，并自动绘制当前点的圆图。如果选中“自动刷新〞，可以使两个窗口中的数据自动保持同步。这时拖动长线窗口中的绿色标记，可以看到圆图随距离的变化。单枝节匹配选择图1中所示的“匹配〞工具，会相应出现图5所示的窗口。图5单枝节匹配同样，在此窗口中，输入相应的参数，软件会自动算出单枝节匹配的匹配点和相应的长度。网络参数转换选择图1中所示的“转换〞工具，会相应出现图6所示的窗口。在输入参数的下拉列表中，选择一个参数，共有S参数、Y参数、Z参数、A参数四种选择。选择其中一个后，输入相应的数据，然后点击“开始换算〞按钮，便可以计算出对应的其他参数的值。图6网络参数转换四、实验内容：4.1长线理论设置特性阻抗为50欧姆，负载阻抗我们选择100－j50，波长输入1，线长输入5，此处波长与线长都为相对值，计算线长Z为2.2、3、4.6三处的输入阻抗和反射系数，并且通过课本上相应的传输线公式和反射系数公式验证。4.2阻抗、导纳圆图以阻抗圆图为例，在反射系数中输入0.441＋j0.073，归一化电阻输入“2”，归一化电抗输入“－1”，最后选择“开始绘制〞按钮，左边便相应的出现反射系数圆图、值为2的等电阻圆，值为－1的等电抗圆。等电阻圆与等电抗圆的点便是归一化阻抗为2－j的点。接下来我们选择“自动获取数据〞、“窗体半透明〞和4.3单枝节匹配特性阻抗为50欧姆，终端负载为50+j100，使用单枝节匹配，求枝节的位置d和长度L。五、实验报告1、查阅和自学微波技术根底知识的相关文献资料，理解长线理论和二端口微波网络理论及其应用。要求写出传输线理论三套参量：输入阻抗