阻抗測量及匹配技術(shù)(共8頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電磁場與微波測量實驗報告實驗五 阻抗測量及匹配技術(shù)實驗 題目：電磁場與微波測量實驗學院：電子工程學院班級：xx撰寫人：xx組內(nèi)成員：xxxx一、實驗目的1、掌握利用駐波測量線測量阻抗的原理和方法；2、熟悉利用螺釘調(diào)配器匹配的方法；3、熟悉Smith圓圖的應(yīng)用；4、掌握用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量阻抗及調(diào)匹配的方法。二、實驗內(nèi)容1、測量給定器件的阻抗和電壓駐波系數(shù)，并觀察其Smith圓圖；2、在測量線系統(tǒng)中測量給定器件的ZL，并應(yīng)用單螺調(diào)配器對其進行調(diào)匹配，使駐波系數(shù)<1.05。三、實驗設(shè)備1、DH1121C型微波信號源：該信號源可在等幅波、窄帶掃頻、內(nèi)方波調(diào)制方式下工作，并

2、具有外調(diào)制功能。在教學方式下，可實時顯示體效應(yīng)管的工作電壓和電流關(guān)系。儀器輸出功率大，以數(shù)字形式直接顯示工作頻率，性能穩(wěn)定可靠。DH1121C型微波信號源的部分組件名稱和簡要介紹如下：序號名稱功能及介紹1振蕩器用于實現(xiàn)窄帶掃頻2可變衰減器改變吸收微波功率的多少，調(diào)節(jié)輸出功率3PIN調(diào)制器實現(xiàn)對微波信號的方波或脈沖調(diào)制4輸出端口有較低的電壓駐波比及與外電路的足夠隔離5調(diào)制電路對外調(diào)制信號適應(yīng)性強6掃描驅(qū)動電路包括鋸齒波發(fā)生器、同步輸出、消隱電路7電源部分具有過流、過熱保護和安全工作區(qū)保護電路2、波導測量線實驗系統(tǒng)：本系統(tǒng)是微波參數(shù)實驗系統(tǒng)，它是由三公分微波波導元件組成，該系統(tǒng)主要功能可使學生通過

3、實驗學習并掌握下列基本知識：（1）學習各種微波器件的使用和測量方法；（2）了解微波在波導中的工作狀態(tài)及傳輸特性；（3）了解微波傳輸線場型特性；（4）學習駐波、衰減、波長（頻率）和功率的測量；（5）學習測量微波介質(zhì)材料的介電常數(shù)和損耗角正切值。波導測量線實驗系統(tǒng)的部分組件名稱和簡要介紹如下：序號名稱功能及介紹1測量線測量微波傳輸系統(tǒng)中電場的強弱和分布2測量線波導開槽直波導，對波導內(nèi)電磁場分布影響很小3不調(diào)諧探頭達到電抗小、效率高、輸出響應(yīng)平坦的效果4滑架用來安裝開槽波導和不調(diào)諧探頭3、單螺釘調(diào)配器：負載和傳輸系統(tǒng)的匹配，就是要消除負載的反射，實際上，調(diào)匹配的過程就是調(diào)節(jié)調(diào)配器，使之產(chǎn)生一個反射波

4、，其幅度和“失配元件”產(chǎn)生的反射波幅度相等、相位相反，從微波電路的角度，調(diào)配器起到了阻抗變換的作用。調(diào)配器使不匹配的元件，經(jīng)變換器變化到傳輸線的特性阻抗，從而達到匹配目的。單螺調(diào)配器即在波導寬屏伸入一個金屬螺釘，螺釘?shù)淖饔檬且胍粋€并聯(lián)在傳輸線上的適當大小的電納，當螺釘伸入較少時，相當于在波導傳輸線上并聯(lián)了一個正的容性電納，它的大小隨著深度的增加而增加。當深度達到諧振時，電納將增加到無窮大，繼續(xù)增加深度，電納值由正變?yōu)樨?，呈感性?、實驗設(shè)備連接方式如下圖所示：四、實驗原理傳輸線的輸入阻抗Zin與其終端負載阻抗ZL的關(guān)系為：Zin=ZL+jtgl1+jZLtgl（1）設(shè)傳輸線上第一個電壓駐波最

5、小點離終端負載的距離為lmin，電壓駐波最小點處的輸入阻抗在數(shù)值上等于1，即:Zin|lmin=1（2）將l=lmin及Zin=1帶入式（1），整理得：ZL=1-jtglmin-jtglmin（3）所以，負載阻抗的測量實質(zhì)上歸結(jié)為電壓駐波系數(shù)及駐波相位lmin值的測量，當測出，g及l(fā)min后，就能由上式計算出負載阻抗ZL。但是，這是一個復數(shù)運算，在工程上，通常由和lmin從圓圖上求出阻抗或?qū)Ъ{來。由于測量線結(jié)構(gòu)的限制，直接測量終端負載ZL端面到第一個駐波最小點的距離lmin是比較困難的。因此實際測量中常用“等效截面法”：首先將測量線終端短路，用測量線測得某一駐波節(jié)點位置DT，將此位置定為終端負

6、載的等效位置DT。然后去掉短路片改接被測負載。用測量線測得DT左邊第一個駐波最小點的位置DA及，則：lmin=|DT-DA|.五、實驗步驟1、按序連接好設(shè)備，開啟信號源電源，使信號源工作于最佳方波、掃頻狀態(tài)；2、移動測量線探針，測量兩相鄰的電壓最小值之間的距離，以測出傳輸線中的波長，即波導波長；3、短路片安置在測量線的輸出端上，并記下探針指示器標尺上對應(yīng)于電壓最小值位置的讀數(shù)DT，即為“等效參考面”；4、測量線的終端移去短路片，并把被測器（開路）接在它的位置上；5、測量Umax、Umin得到駐波比；6、利用交叉讀數(shù)法測出DT左側(cè)第一個駐波節(jié)點位置DA，并計算出lmin=|DT-DA|,應(yīng)用公式

7、ZL=1-jtglmin-jtglmin就可求出阻抗值；7、調(diào)節(jié)可變衰減器使指針偏轉(zhuǎn)接近滿度，然后利用滑動單螺適配器調(diào)配晶體檢波器，使駐波比小于1.05。8、整理數(shù)據(jù)，計算數(shù)值。 六、實驗結(jié)果及分析1、調(diào)匹配前的實驗數(shù)據(jù)：DTDADT135.8mm145.6mm108.9mm其中DT是與DT相鄰的電壓最小值點，所以有：g=2|DT-DT|=53.84mm=2g=116.7rad/mlmin=|DT-DA|=9.8mmUmaxUmin37.9mV18.5mV所以:=UmaxUmin=37.918.5=1.431帶入公式中得：ZL=1-jtglmin-jtglmin=1-j×2.048&

8、#215;tan(116.7×9.8×10-3)2.048-j×tan(116.7×9.8×10-3)=1-0.041j2.048-0.02j=0.488-2.07j2、調(diào)匹配后，通過調(diào)節(jié)單螺調(diào)配器最終得到了近似匹配的效果。實驗數(shù)據(jù)為：UmaxUmin69mV71mV所以:=UmaxUmin=7169=1.014<1.053、Smith圓圖為：4、總結(jié)用同軸調(diào)配器的調(diào)匹配步驟 ：在調(diào)節(jié)匹配過程中，我們先移動測量線探針找到并記下波節(jié)點位置，然后繼續(xù)調(diào)節(jié)測量線調(diào)到波腹點，此時調(diào)節(jié)調(diào)配器位置，駐波波腹點有所下降，波節(jié)點有所上升，直至波

9、節(jié)點和波腹點相差不大時，調(diào)節(jié)螺釘深度，同時用測量線跟蹤駐波大小，直至實現(xiàn)匹配。七、思考題（1）匹配元件應(yīng)連接在測量系統(tǒng)中的什么地方？為什么？答：接在測量線末端，為保證盡可能好的匹配狀態(tài)，而又不降低傳輸系統(tǒng)的傳輸效率，必需在傳輸線與負載之間接入某種純電抗性元件，如單螺調(diào)配器等調(diào)配器，理想情況下它只產(chǎn)生反射而沒有損耗。（2）通過實驗，清總結(jié)匹配技巧。答：在調(diào)節(jié)匹配過程中，我們先移動測量線探針找到并記下波節(jié)點位置，然后繼續(xù)調(diào)節(jié)測量線調(diào)到波腹點，此時調(diào)節(jié)調(diào)配器位置，駐波波腹點有所下降，波節(jié)點有所上升，直至波節(jié)點和波腹點相差不大時，調(diào)節(jié)螺釘深度，同時用測量線跟蹤駐波大小，直至實現(xiàn)匹配。（3）在各項測量中，通常采用駐波圖形的波節(jié)點為基準進行測量，是否可以采用波腹點做基準測量？為什么？答：一般不適用波腹點做基準測量。因為波腹點變化不明顯，測量波腹點容易引入較大的人為度數(shù)誤差，而是用波節(jié)點作為基準測量