實驗二駐波分布特性的測量與分析

1、實驗二 駐波分布特性的測量與分析一、實驗目的 （1）了解測量線調整和使用方法； （2）測量觀察測量線終端不同負載(短路、開路、匹配)時，測量系統(tǒng)的駐波分布情況； （3）理解在矩形波導系統(tǒng)中，不同終端負載對傳輸系統(tǒng)狀態(tài)的影響。 二、實驗原理 當波導中存在不均勻性或負載不匹配時，波導中存在駐波。測量駐波特性的儀器為測量線。測量線通常由一段開槽傳輸線(如開槽波導)、探頭座（耦合探針、探針的調諧腔體）和輸出指示表、傳動裝置三部分組成。測量線為了從波導中拾取能量，需要把探針伸入波導，由此在波導中引入不均勻性，從而影響測量系統(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 表示探針在波導中產生反射的影響。在信號源和波導系統(tǒng)匹配的情況下，當終端接任意阻抗負載時，由于 gp 的分流作用，駐波波腹點的電場強度比真實值小。而 bp 的存在將使駐波波腹點和波節(jié)點的位置發(fā)生變化。當終端為短路時，由于此時駐波波節(jié)點處的輸入導納為 Yin ，所以 Yp 不起作用，故駐波節(jié)點位置不會發(fā)生偏移。然而在駐波波幅點，Yp 影響就特別顯著，尤其是探針容性電納 bp 的存在，將使駐波波幅點向負載方向偏移，造成測量誤差。為了減少 gp 的影響可以適當減少探針插入深度，bp 的消除則要依靠探針的調諧電路來達到。 實驗中測量線探針電路的調整一般

3、包括調節(jié)探針深度和調節(jié)指針調諧滑塞(即耦合輸出匹配電路)。探針插入適當?shù)纳疃韧ǔ?1.01.5mm。當測量系統(tǒng)終端短路時，將探針移至兩個駐波波節(jié)點正中間位置(即波腹點位置)，調節(jié)指針調諧滑塞，直至在選頻放大器上觀察到的指示最大，此時 bp 的影響減至最小。調諧的過程就是減少探針反射對駐波圖形的影響和提高測量系統(tǒng)靈敏度的過程，這是減少駐波測量誤差的關鍵，必須認真調整。當改變信號源頻率或者探針深度時，由于探針電納 Yp 亦相應改變，必須對探針電路重新進行調整。 通常探針深度及指針調諧滑塞均已調好，不宜輕易變動！ 通過對微波技術知識的學習，我們已經知道，在理想的均勻矩形波導系統(tǒng)中傳輸?shù)闹髂Ｊ?TE

4、10 模，由于終端負載失配，在波導中會有反射波存在，此時波導傳輸系統(tǒng)中呈現(xiàn)的是行駐波分布狀態(tài)。在終端負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。如終端負載短路或開路時，波導傳輸線中形成純駐波狀態(tài)；終端負載匹配時，波導傳輸線中形成行波分布狀態(tài)；在其它任意負載阻抗時，波導傳輸線中呈現(xiàn)行駐波分布狀態(tài)。利用測量線終端連接不同負載，在測量線上不同位置處 d 測量出所對應的檢波電流值 i，就可以根據 di 的關系描繪出駐波分布特性圖。 三、實驗內容和步驟 1.平穩(wěn)連接測量系統(tǒng)，選擇信號源為 1kHz 方波調制工作方式(信號源中已配置)，調整信號的輸出大小，使選頻放大器指示表上指針不超過量程。

5、 2.測量線終端接短路板，首先將測量線探針座移動到測量線一端(最右端)，然后從最右端開始緩慢移動測量線探針座到測量線的另一端，并在移動過程中，選擇記錄測量線探針座的位置 d (mm) 及對應的指示表讀數(shù)。測量時要測量包括三個波腹點和兩個波節(jié)點在內，同時在每個波腹點與波節(jié)點之間測量不少于四個點。 3.取下短路板，按同樣的方法分別測量終端開口、終端匹配負載時的駐波分布(測量時最好不要改變信號源的輸出和可變衰減器的衰減量)。 4.將測量數(shù)據記入表 2-1 。 四、實驗結果及數(shù)據處理表2-1-1 終端短路駐波分布特性測量數(shù)據表探針位置（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 終端開路駐波分布特性測量數(shù)據表探針位置（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量數(shù)據表探針位置（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路和短路狀態(tài)時，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(終端開路時駐波分布特性圖);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：測量線探針電路的引入對

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