實(shí)驗(yàn)二駐波分布特性的測(cè)量與分析

1、實(shí)驗(yàn)二 駐波分布特性的測(cè)量與分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）了解測(cè)量線調(diào)整和使用方法； （2）測(cè)量觀察測(cè)量線終端不同負(fù)載(短路、開(kāi)路、匹配)時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)的駐波分布情況； （3）理解在矩形波導(dǎo)系統(tǒng)中，不同終端負(fù)載對(duì)傳輸系統(tǒng)狀態(tài)的影響。 二、實(shí)驗(yàn)原理 當(dāng)波導(dǎo)中存在不均勻性或負(fù)載不匹配時(shí)，波導(dǎo)中存在駐波。測(cè)量駐波特性的儀器為測(cè)量線。測(cè)量線通常由一段開(kāi)槽傳輸線(如開(kāi)槽波導(dǎo))、探頭座（耦合探針、探針的調(diào)諧腔體）和輸出指示表、傳動(dòng)裝置三部分組成。測(cè)量線為了從波導(dǎo)中拾取能量，需要把探針伸入波導(dǎo)，由此在波導(dǎo)中引入不均勻性，從而影響測(cè)量系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。 為了分析方便，通常將探針等效為與傳輸線并聯(lián)的導(dǎo)納 Yp=gp+

2、jbp ,其中 gp 反映探針吸取功率的大小，bp 表示探針在波導(dǎo)中產(chǎn)生反射的影響。在信號(hào)源和波導(dǎo)系統(tǒng)匹配的情況下，當(dāng)終端接任意阻抗負(fù)載時(shí)，由于 gp 的分流作用，駐波波腹點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比真實(shí)值小。而 bp 的存在將使駐波波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)的位置發(fā)生變化。當(dāng)終端為短路時(shí)，由于此時(shí)駐波波節(jié)點(diǎn)處的輸入導(dǎo)納為 Yin ，所以 Yp 不起作用，故駐波節(jié)點(diǎn)位置不會(huì)發(fā)生偏移。然而在駐波波幅點(diǎn)，Yp 影響就特別顯著，尤其是探針容性電納 bp 的存在，將使駐波波幅點(diǎn)向負(fù)載方向偏移，造成測(cè)量誤差。為了減少 gp 的影響可以適當(dāng)減少探針插入深度，bp 的消除則要依靠探針的調(diào)諧電路來(lái)達(dá)到。 實(shí)驗(yàn)中測(cè)量線探針電路的調(diào)整一般

3、包括調(diào)節(jié)探針深度和調(diào)節(jié)指針調(diào)諧滑塞(即耦合輸出匹配電路)。探針插入適當(dāng)?shù)纳疃韧ǔ?1.01.5mm。當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)終端短路時(shí)，將探針移至兩個(gè)駐波波節(jié)點(diǎn)正中間位置(即波腹點(diǎn)位置)，調(diào)節(jié)指針調(diào)諧滑塞，直至在選頻放大器上觀察到的指示最大，此時(shí) bp 的影響減至最小。調(diào)諧的過(guò)程就是減少探針?lè)瓷鋵?duì)駐波圖形的影響和提高測(cè)量系統(tǒng)靈敏度的過(guò)程，這是減少駐波測(cè)量誤差的關(guān)鍵，必須認(rèn)真調(diào)整。當(dāng)改變信號(hào)源頻率或者探針深度時(shí)，由于探針電納 Yp 亦相應(yīng)改變，必須對(duì)探針電路重新進(jìn)行調(diào)整。 通常探針深度及指針調(diào)諧滑塞均已調(diào)好，不宜輕易變動(dòng)！ 通過(guò)對(duì)微波技術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，在理想的均勻矩形波導(dǎo)系統(tǒng)中傳輸?shù)闹髂Ｊ?TE

4、10 模，由于終端負(fù)載失配，在波導(dǎo)中會(huì)有反射波存在，此時(shí)波導(dǎo)傳輸系統(tǒng)中呈現(xiàn)的是行駐波分布狀態(tài)。在終端負(fù)載阻抗不同的情況下，所形成的駐波分布也就呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。如終端負(fù)載短路或開(kāi)路時(shí)，波導(dǎo)傳輸線中形成純駐波狀態(tài)；終端負(fù)載匹配時(shí)，波導(dǎo)傳輸線中形成行波分布狀態(tài)；在其它任意負(fù)載阻抗時(shí)，波導(dǎo)傳輸線中呈現(xiàn)行駐波分布狀態(tài)。利用測(cè)量線終端連接不同負(fù)載，在測(cè)量線上不同位置處 d 測(cè)量出所對(duì)應(yīng)的檢波電流值 i，就可以根據(jù) di 的關(guān)系描繪出駐波分布特性圖。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟 1.平穩(wěn)連接測(cè)量系統(tǒng)，選擇信號(hào)源為 1kHz 方波調(diào)制工作方式(信號(hào)源中已配置)，調(diào)整信號(hào)的輸出大小，使選頻放大器指示表上指針不超過(guò)量程。

5、 2.測(cè)量線終端接短路板，首先將測(cè)量線探針座移動(dòng)到測(cè)量線一端(最右端)，然后從最右端開(kāi)始緩慢移動(dòng)測(cè)量線探針座到測(cè)量線的另一端，并在移動(dòng)過(guò)程中，選擇記錄測(cè)量線探針座的位置 d (mm) 及對(duì)應(yīng)的指示表讀數(shù)。測(cè)量時(shí)要測(cè)量包括三個(gè)波腹點(diǎn)和兩個(gè)波節(jié)點(diǎn)在內(nèi)，同時(shí)在每個(gè)波腹點(diǎn)與波節(jié)點(diǎn)之間測(cè)量不少于四個(gè)點(diǎn)。 3.取下短路板，按同樣的方法分別測(cè)量終端開(kāi)口、終端匹配負(fù)載時(shí)的駐波分布(測(cè)量時(shí)最好不要改變信號(hào)源的輸出和可變衰減器的衰減量)。 4.將測(cè)量數(shù)據(jù)記入表 2-1 。 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理表2-1-1 終端短路駐波分布特性測(cè)量數(shù)據(jù)表探針位置（mm）80.2683.6485.186.428890.493.39

6、4.9296.6電表指示值（uA）5200400600800960800600400探針位置（mm）98.64102.9106.28107.76109110.4113.08115.98117.4電表指示值（uA）2004200400600800985800600探針位置（mm）119.9120.62124.94128.46130.1131.48133135.6138.64電表指示值（uA）4002004200400600800985800探針位置（mm）140.1141.48143.04147.06150.36152.02153.66155.3158.24電表指示值（uA）6004002004

7、2004006008001000表2-1-2 終端開(kāi)路駐波分布特性測(cè)量數(shù)據(jù)表探針位置（cm）75.6478.6680.0681.3882.9485.0286.5電表指示值（uA）890770650530410290250探針位置（mm）88.289.6290.791.8893.195.0298.24電表指示值（uA）290410530650770890920探針位置（mm）99.1101.2103.8104.1105.3107109.56電表指示值（uA）890770650530410290240探針位置（mm）110.64112.2113.36114.6115.8117.16118.7電表指

8、示值（uA）290410530650770890940表2-1-3 終端匹配駐波分布特性測(cè)量數(shù)據(jù)表探針位置（mm）110150163.44電表指示值（uA）242240210圖2-1 駐波分布特性圖由圖可知開(kāi)路和短路狀態(tài)時(shí)，傳輸線工作在純駐波狀態(tài)，駐波特性呈周期性正弦變化。匹配狀態(tài)下，傳輸線為行波狀態(tài)，沿線電壓和電流振幅不變，=1。Matlab程序：x1 = 80.26 83.64 85.1 86.42 88 90.4 93.3 94.92 96.6 98.64 102.9 106.28 107.76 109 110.4 113.08 115.98 117.4 119.9 120.62 124

9、.94 128.46 130.1 131.48 133 135.6 138.64 140.1 141.48 143.04 147.06 150.36 152.02 153.66 155.3 158.24;y1 = 5 200 400 600 800 960 800 600 400 200 4 200 400 600 800 985 800 600 400 200 4 200 400 600 800 985 800 600 400 200 4 200 400 600 800 1000; x2=75.64 78.66 80.06 81.38 82.94 85.02 86.5 88.2 89.62

10、90.7 91.88 93.1 95.02 98.24 99.1 101.2 103.8 104.1 105.3 107 109.56 110.64 112.2 113.36 114.6 115.8 117.16 118.7;y2=890 770 650 530 410 290 250 290 410 530 650 770 890 920 890 770 650 530 410 290 240 290 410 530 650 770 890 940; x3=110 150 163.44;y3=242 240 210; subplot(4,1,1)curv_plotting( x1,y1)ho

11、ld ontitle(終端短路時(shí)駐波分布特性圖);fontt=10;xlabel(探針位置（mm）,FontName,Times New Roman);ylabel(電表指示值（uA）,FontName,Times New Roman); subplot(4,1,2)curv_plotting( x2,y2)hold ontitle(終端開(kāi)路時(shí)駐波分布特性圖);fontt=10;xlabel(探針位置（mm）,FontName,Times New Roman);ylabel(電表指示值（uA）,FontName,Times New Roman); subplot(4,1,3)curv_plot

12、ting( x3,y3)hold ontitle(終端匹配時(shí)駐波分布特性圖);fontt=10;xlabel(探針位置（mm）,FontName,Times New Roman);ylabel(電表指示值（uA）,FontName,Times New Roman); subplot(4,1,4)plot( x1,y1,x2,y2,x3,y3)title(駐波分布特性圖);fontt=10;xlabel(探針位置（mm）,FontName,Times New Roman);ylabel(電表指示值（uA）,FontName,Times New Roman);五、思考及體會(huì)：測(cè)量線探針電路的引入對(duì)

13、測(cè)量結(jié)果有哪些影響？ 測(cè)量線探針電路的引入使波導(dǎo)中場(chǎng)的分布不均勻，從而影響測(cè)量系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。 調(diào)節(jié)測(cè)量線探頭座內(nèi)的短路活塞，可以獲得較高地靈敏度，調(diào)節(jié)測(cè)量線探針伸入波導(dǎo)的程度，可以較好地拾取信號(hào)的能量。通常將探針等效為與傳輸線并聯(lián)的導(dǎo)納 Yp=gp+jbp ，其中 gp 反映探針吸取功率的大小，bp 表示探針在波導(dǎo)中產(chǎn)生反射的影響。在信號(hào)源和波導(dǎo)系統(tǒng)匹配的情況下，當(dāng)終端接任意阻抗負(fù)載時(shí)，由于 gp 的分流作用，駐波波腹點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比真實(shí)值小。而 bp 的存在將使駐波波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)的位置發(fā)生變化。當(dāng)終端為短路時(shí)，由于此時(shí)駐波波節(jié)點(diǎn)處的輸入導(dǎo)納為 Yin ，所以 Yp 不起作用，故駐波節(jié)點(diǎn)位置不會(huì)發(fā)生偏移。然而在駐波波幅點(diǎn)，Yp 影響就特