微波技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書2012版

1、微波技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院電子系2012年8月目錄實(shí)驗(yàn)一、傳輸線調(diào)試及參數(shù)測(cè)試- 2 -實(shí)驗(yàn)二、衰減的測(cè)量- 13 -實(shí)驗(yàn)三、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)- 17 -實(shí)驗(yàn)要求一、 預(yù)習(xí)要求：實(shí)驗(yàn)前必須充分預(yù)習(xí)，完成指定的預(yù)習(xí)任務(wù)。1. 認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，分析、掌握實(shí)驗(yàn)電路的工作原理，并進(jìn)行必要的計(jì)算。2. 復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)中所用各儀器的使用方法及注意事項(xiàng)。3. 熟悉實(shí)驗(yàn)任務(wù)，完成各實(shí)驗(yàn)“預(yù)習(xí)要求”中指定的內(nèi)容，寫好預(yù)習(xí)報(bào)告。二、 實(shí)驗(yàn)要求：1. 使用儀器前必須了解其性能、操作方法及注意事項(xiàng)，在使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守。2. 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意觀察，若發(fā)現(xiàn)有破壞性異?，F(xiàn)象(例如有元件冒煙、發(fā)燙或有異味)應(yīng)立

2、即關(guān)斷電源，保持現(xiàn)場(chǎng)，報(bào)告指導(dǎo)教師。找出原因、排除故障后，經(jīng)指導(dǎo)教師同意再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。3. 在進(jìn)行微波測(cè)試時(shí)，終端盡量不要開口，以防止微波能量泄露。4. 實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)真紀(jì)錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果(數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象)。所紀(jì)錄的實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)指導(dǎo)教師審閱簽字后再拆除實(shí)驗(yàn)線路。5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，必須關(guān)斷電源，并將儀器、設(shè)備、工具等按規(guī)定整理。6. 實(shí)驗(yàn)后每個(gè)同學(xué)必須按要求獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告并按時(shí)上交。實(shí)驗(yàn)一、傳輸線調(diào)試與參數(shù)測(cè)試一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)會(huì)使用基本微波器件。2 了解微波振蕩源的基本工作特性和微波的傳輸特性。3 學(xué)習(xí)利用吸收式測(cè)量頻率和波長(zhǎng)的方法；4 掌握用測(cè)量線來測(cè)量波長(zhǎng)和頻率的方法；5 學(xué)

3、會(huì)測(cè)量線的定標(biāo)；6 掌握常用的大、中、小電壓駐波比的測(cè)量方法，以及如何精確測(cè)量。二、 實(shí)驗(yàn)原理1 微波的傳輸特性為了避免導(dǎo)線輻射損耗和趨膚效應(yīng)等的影響，采用標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)管為微波傳輸線，并用TE10波型。波導(dǎo)管具有三種工作狀態(tài)：當(dāng)終端接“匹配負(fù)載”時(shí)，反射波不存在，波導(dǎo)中呈行波狀態(tài)；當(dāng)終端接“短路片”、開路或接純電抗性負(fù)載時(shí)，終端全反射，波導(dǎo)中呈純駐波狀態(tài)；一般情況下，終端是部分反射，波導(dǎo)中傳輸?shù)募炔皇切胁?，也不是純駐波，而是呈行駐波狀態(tài)。2 微波頻率的測(cè)量用吸收式頻率計(jì)PX16(直讀式)，測(cè)量范圍8.2GHZ-12.4GHZ，誤差±0.3%，當(dāng)傳輸線中相當(dāng)一部分功率進(jìn)入頻率計(jì)諧振腔內(nèi)

4、，而另一部分從耦合元件處反射回去。當(dāng)調(diào)節(jié)頻率計(jì)，使其自身空腔的固有頻率與微波信號(hào)頻率相同時(shí)產(chǎn)生諧振，用選頻放大器測(cè)量，信號(hào)源須用內(nèi)方波，重復(fù)頻率為1KHZ左右，諧振時(shí)可從選放上觀察到信號(hào)幅度明顯減少，以減幅最大位置為判斷頻率測(cè)量值的論據(jù)。3 微波功率的測(cè)量用GX2C小功率計(jì)配小功率探頭直接測(cè)量連續(xù)或脈沖調(diào)制的射頻平均功率。GX2C屬于熱電偶型，熱電偶膜片既是傳輸線終端負(fù)載電阻，又見電磁場(chǎng)能熱能直流電動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)換器件。4 波導(dǎo)波長(zhǎng)g 的測(cè)量g在數(shù)值上為相鄰兩個(gè)駐波極值點(diǎn)（波腹或波節(jié)）距離的兩倍，常采用測(cè)定駐波極小點(diǎn)的位置來求出g 。（1）用平均值法。找出兩個(gè)相鄰最小點(diǎn)的位置 D1和D2，移動(dòng)探針在

5、駐波最小點(diǎn)D1左右找出兩個(gè)具有相同幅度（由選頻放大器讀出）的位置d1和d2，同樣找出D2點(diǎn)左右的 d3和d4，則 D1 、D2的位置在測(cè)量線上通過標(biāo)尺讀出。（2）用可變短路器。首先找出第一點(diǎn)最大點(diǎn)D1時(shí)，將選頻放大器增益放大，來回轉(zhuǎn)動(dòng)可變短路器，記下最小點(diǎn)時(shí)可變短路器上的刻度位置X1，然后改變可變短路器，找出另一個(gè)相鄰最小點(diǎn)D2，再記下可變短路器上刻度位置X2，則，通過測(cè)出g,可計(jì)算出頻率和自由空間波長(zhǎng)，有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。5.駐波比的測(cè)量駐波比的測(cè)量是微波測(cè)量中最基本、最重要的內(nèi)容之一。電壓駐波比（簡(jiǎn)稱駐波比）定義是：傳輸線中電場(chǎng)最大值與最小值之比，即： 式中為電場(chǎng)的歸一化值（相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)）。（1

6、）直接法直接法測(cè)量傳輸線駐波的波幅點(diǎn)與波節(jié)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)，由定義求得駐波比的方法稱為直接法。該方法適用于測(cè)量中、小駐波比（即S<6）。如果測(cè)得駐波波幅點(diǎn)與波節(jié)點(diǎn)的指示器讀數(shù)分別為與，根據(jù)晶體定標(biāo)曲線可讀得相應(yīng)的與，則駐波比S為： （1-1）在實(shí)驗(yàn)中所使用的功率電平范圍內(nèi)，一般可近似地認(rèn)為是平方律檢波，即： ， 式中C為比例系數(shù)，則：，則 （1-2）（2）等指示度法等指示度法是在駐波波節(jié)點(diǎn)附近測(cè)量數(shù)據(jù)，再根據(jù)駐波分布規(guī)律求其駐波比。由長(zhǎng)線理論可知，合成波波節(jié)點(diǎn)處相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)可表示為：則 從波節(jié)點(diǎn)向兩側(cè)移動(dòng)探針，使指示器讀數(shù)均為波節(jié)點(diǎn)指示器讀數(shù)的K倍，等指示度（KImin）的寬度為W。KImin對(duì)應(yīng)處的

7、相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)為：由于 則 （1-3）若K=2，且n=2（平方律檢波），則： （1-4）當(dāng)S>10時(shí)， 很小，上式可簡(jiǎn)化為： （K=2，n=2）（3）功率衰減法功率衰減法測(cè)量駐波比是一種簡(jiǎn)便而準(zhǔn)確的方法，它的測(cè)量精確度主要決定于標(biāo)準(zhǔn)可變衰減器的校準(zhǔn)誤差和測(cè)量線路的失配誤差，而與晶體檢波律無關(guān)，它可測(cè)量任意駐波比。功率衰減法是利用標(biāo)準(zhǔn)可變衰減器改變?nèi)肷洳ㄕ穹ɑ蚬β剩?，使檢波指示不變來測(cè)量駐波波幅點(diǎn)與波節(jié)點(diǎn)的電平差，由電平值（分貝值）來計(jì)算駐波比。設(shè)信號(hào)源送入可變衰減器的入射波為，通過波為，由被測(cè)元件產(chǎn)生的反射波為，第一次在測(cè)量線內(nèi)合成波波節(jié)點(diǎn)處有：改變可變衰減器，使指示器得到一個(gè)明確而便利的讀

8、數(shù)，衰減器的衰減量為Amin，可見：再把探針移到波幅點(diǎn)，同時(shí)加大衰減器的衰減量，使該點(diǎn)處的合成波與相等，即，也即保持兩次指示器讀數(shù)不變，此時(shí)衰減量為Amax，同理：則：因此 （1-5）三、 實(shí)驗(yàn)裝置 YM1123標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，GX2B小功率計(jì)，YM3892選頻放大器，TC2b波導(dǎo)型測(cè)量線，（TS7厘米波導(dǎo)精密衰減器，PX16直讀式頻率計(jì)），BD-20A三厘米波導(dǎo)系統(tǒng)，探頭若干。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟信號(hào)源波導(dǎo)/同軸轉(zhuǎn)換器調(diào)配器或用波導(dǎo)隔離器定向耦合器可變衰減器測(cè)量線H面彎波導(dǎo)頻率計(jì)晶體檢波器選頻放大器匹配負(fù)載短路板功率計(jì)可變短路器測(cè)量面圖1-11 熟悉有關(guān)儀器的基本原理和使用方法，連接好儀器。

9、連接線路如圖1-1所示：2 打開標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的電源，電流調(diào)零，輸出功率調(diào)到中檔，輸出頻率調(diào)到10GHZ。信號(hào)工作方式置于“內(nèi)方波”，重復(fù)頻率用“X10檔”1KHZ左右。3 將選頻放大器衰減檔置于40dB檔位，輸入阻抗置200，通頻帶置于32HZ。4 將選頻放大器接到晶體檢波器輸出端，緩慢旋轉(zhuǎn)頻率計(jì)在10GHZ左右，當(dāng)輸出幅度降低達(dá)到最低的時(shí)候，諧振腔（頻率計(jì)）處于諧振狀態(tài)，此時(shí)頻率計(jì)的讀數(shù)就是信號(hào)源的輸出頻率f。5 當(dāng)頻率計(jì)不處于諧振狀態(tài)時(shí)，將選頻放大器接到TC2b測(cè)量線上，測(cè)量端口接上可變短路器，緩慢移動(dòng)測(cè)量探針，測(cè)出相鄰兩個(gè)極值點(diǎn)附近的兩點(diǎn)坐標(biāo)，測(cè)兩組數(shù)據(jù)；再用平均值方法，計(jì)算波導(dǎo)波長(zhǎng)，

10、測(cè)三組數(shù)據(jù)。 位置1（mm）位置2（mm）（mm）6 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源仍開機(jī)不動(dòng)。將功率計(jì)開機(jī)調(diào)整，并將校準(zhǔn)因子調(diào)節(jié)好（例信號(hào)源為10.0GHZ時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)因子調(diào)95%），再接上探頭。然后把GX2-T3功率探頭與信號(hào)源和功率計(jì)連接，慢慢增大信號(hào)源的輸出功率，當(dāng)輸出最大時(shí)記錄所測(cè)功率。測(cè)量完畢，一定要先拆下功率探頭，再關(guān)功率計(jì)和信號(hào)源。7 駐波比測(cè)量。被測(cè)負(fù)載為功率計(jì)（GX2B小功率計(jì)）1) 按圖1-2或圖1-3連接實(shí)驗(yàn)線路，開啟信號(hào)源，調(diào)整測(cè)量線。Ø 直接法、等指示度法信號(hào)源隔離器頻率計(jì)測(cè)量線選頻放大器被測(cè)負(fù)載短路負(fù)載圖 1-2 信號(hào)源隔離器頻率計(jì)測(cè)量線選頻放大器被測(cè)負(fù)載可變衰減器圖 1-3&

11、#216; 功率衰減法2) 直接法測(cè)量駐波比將被測(cè)負(fù)載接于測(cè)量線路終端，移動(dòng)探針，測(cè)Imax和Imin。3) 等指示度法測(cè)駐波比Ø 將被測(cè)負(fù)載接于測(cè)量線終端，移動(dòng)探針至波節(jié)點(diǎn)處，測(cè)得Imin。Ø 在波節(jié)點(diǎn)兩側(cè)I=2Imin處測(cè)得標(biāo)尺刻度d1和d2，重復(fù)三次。4) 功率衰減法測(cè)駐波比Ø 將被測(cè)負(fù)載接于測(cè)量線終端。Ø 將探針移至波節(jié)點(diǎn)，同時(shí)改變衰減器，使指示器得到一個(gè)明確而便利的讀數(shù)I1（應(yīng)該大于1/2滿刻度），并讀得衰減器刻度A1。Ø 將探針移到波幅點(diǎn)，改變可變衰減器，使指示器讀數(shù)仍保持為I1，并讀得衰減器的讀數(shù)A2。8 數(shù)據(jù)處理與表格1) 根據(jù)

12、Imax和Imin，由晶體定標(biāo)曲線查得相應(yīng)的與，由計(jì)算S，并與由 計(jì)算得到的S進(jìn)行比較。2) 由三次測(cè)得的d1、d2，計(jì)算W的平均值，并將W的平均值與代入（1-4）式計(jì)算S。 3) 根據(jù)測(cè)得的A2與A1，由衰減量Amax(dB)與Amin(dB)，并代入（1-5）式計(jì)算S。五、 微波實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1 旋動(dòng)頻率計(jì)要緩慢，否則塑料紅指針易卡斷。在起始端和終了端要切忌不能使勁轉(zhuǎn)動(dòng)。2 移動(dòng)測(cè)量線探針的同時(shí)，要適當(dāng)調(diào)整選頻放大器的放大倍數(shù)，避免在輸出最大位置時(shí)選放指針打表。3 合適調(diào)節(jié)信號(hào)源的輸出功率。（衰減約37dB）。4 每次改變信號(hào)源頻率時(shí)，都須重新調(diào)整EH面阻抗調(diào)配器、晶體檢波器、測(cè)量線，使之

13、處于諧振輸出最大狀態(tài)。5 測(cè)量功率時(shí)須保證被測(cè)系統(tǒng)中各連接頭接觸可靠，并保證信號(hào)源和功率計(jì)外殼等電位。測(cè)試過程中切不可大范圍調(diào)節(jié)被測(cè)功率源的頻率。每次換檔時(shí)，要重新調(diào)零（功率計(jì)）。在裝拆連接同軸探頭時(shí)一定要小心，要先將信號(hào)源和功率計(jì)開機(jī)并調(diào)試好，再接上功率探頭；測(cè)好后先功率探頭拆下再關(guān)機(jī)。切不可在接上功率探頭的情況下，開、關(guān)被測(cè)功率源的開關(guān)（易燒毀膜片）。6 等指示度法中測(cè)W最好用指針式測(cè)微計(jì)，但作為學(xué)習(xí)測(cè)量原理與方法，也可以直接用測(cè)量線上的標(biāo)尺。7 功率測(cè)量法必須用已校準(zhǔn)的精密衰減器測(cè)量，用一般可變衰減器測(cè)量不能保證精度，但可作為學(xué)習(xí)測(cè)量原理與方法使用。六、 思考與討論1 連接微波測(cè)試系統(tǒng)時(shí)

14、，應(yīng)注意哪些問題？2 駐波測(cè)量線測(cè)定波導(dǎo)波長(zhǎng)的方法。波導(dǎo)波長(zhǎng)與自由空間波長(zhǎng)的大小關(guān)系如何？3 為什么有時(shí)晶體檢波器在調(diào)速管和檢波二極管都完好的情況下，會(huì)出現(xiàn)輸出信號(hào)很小的現(xiàn)象，如何調(diào)節(jié)？4 用直讀式頻率計(jì)測(cè)量頻率后為什么要失諧？5 平均值讀數(shù)法測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)時(shí)，等指示值的大小選擇對(duì)測(cè)量結(jié)果有什么影響嗎？6 平均值讀數(shù)法能減小哪些原因帶來的誤差？7 分析測(cè)量駐波比實(shí)驗(yàn)中用三種方法測(cè)量所得結(jié)果，你認(rèn)為引起誤差的原因是什么？應(yīng)如何減小測(cè)量誤差？可能的話，在實(shí)驗(yàn)中試一下。附駐波比測(cè)量參考數(shù)據(jù)表格1. 直接法數(shù)據(jù)波幅點(diǎn)（mA）波節(jié)點(diǎn)（mA）駐波比S2. 等指示度法數(shù)據(jù)次數(shù)2對(duì)應(yīng)的探針位置（mm）W平均（m

15、m）平均（mm）S（mm）（mm）1233. 功率衰減法數(shù)據(jù)A1Amin(dB)A2Amax(dB)Amax -Amin(dB)S實(shí)驗(yàn)二、衰減的測(cè)量1. 用功率比測(cè)量衰減；一、 用替代法測(cè)量衰減。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟練掌握用平方律檢波法與高頻替代法測(cè)量衰減量的技術(shù)；2. 了解定向耦合器的參數(shù)及其衰減的測(cè)量方法。二、 實(shí)驗(yàn)原理1. 參考前述章節(jié)中電源方向駐波系數(shù)測(cè)量及衰減測(cè)量的有關(guān)部分。2. 定向耦合器是一種很有用的微波元件，它具有在一定方向上耦合電磁能量的特性，因而可用作精密分功率器，微波反射計(jì)等，在功率監(jiān)視系統(tǒng)、大功率設(shè)備中更是不可缺少的器件。P0PBPaPi主波導(dǎo)輔波導(dǎo)定向耦合器的種類很多，其

16、結(jié)構(gòu)示意圖如下：能量從主波導(dǎo)輸入端輸入，其中一部分通過主波導(dǎo)到主波導(dǎo)輸出端，另一部分通過耦合結(jié)構(gòu)到輔波導(dǎo)。輔波導(dǎo)中向左傳輸?shù)哪芰坑捎谒亩ㄏ蛐远嗷サ窒?，剩余部分為終端負(fù)載所吸收；向右部分通向輔波導(dǎo)輸出端。定向耦合器主要參量有：1) 耦合系數(shù)也稱過渡衰減，表示能量從主波導(dǎo)耦合到輔波導(dǎo)的大小，如圖所示。Pi表示主波導(dǎo)輸入能量；Pa為耦合到輔波導(dǎo)輸出端能量，則用分貝表示的耦合系數(shù)C定義為： 2) 方向系數(shù)亦稱方向性，表示定向性能的好壞，如圖中到達(dá)輔波導(dǎo)反向端的能量PB越小，定向性越好。用分貝表示的方向系數(shù)D定義為：3) 輸入駐波系數(shù)，為主、輔波導(dǎo)輸出端均外接匹配負(fù)載時(shí)，輸入端的駐波系數(shù)；4) 頻帶

17、寬度，為耦合度、方向性及輸入駐波系數(shù)都滿足技術(shù)指標(biāo)要求時(shí)的工作頻帶寬度。三、 實(shí)驗(yàn)裝置YM1123標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，GX2B小功率計(jì)，YM3892選頻放大器，TC2b波導(dǎo)型測(cè)量線，（TS7厘米波導(dǎo)精密衰減器，PX16直讀式頻率計(jì)），BD20-A三厘米波導(dǎo)系統(tǒng)，BD20-A定向耦合器，探頭若干。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟以定向耦合器為被測(cè)器件，用兩種方法測(cè)量衰減1. 用功率比法測(cè)量衰減1) 按圖3-1接好測(cè)量系統(tǒng)BYM1123信號(hào)源隔離器同軸/波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器PX16頻率計(jì)TS7或可變衰減器被測(cè)件GX2B功率計(jì)AP1P2圖2-12) 先不接被測(cè)件，用小功率計(jì)測(cè)出A點(diǎn)也即被測(cè)件的輸入功率P1。3) 接入被測(cè)件，

18、測(cè)出被測(cè)件的輸出功率B點(diǎn)的功率P2。4) 被測(cè)件的衰減量為2. 用替代法測(cè)量衰減1) 測(cè)量所用的信號(hào)源輸出頻率不變，功率輸出幅度不變，按圖2-2接好測(cè)量系統(tǒng)。圖2-2BAYM1123信號(hào)源隔離器同軸/波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器PX16頻率計(jì)TS7或可變衰減器被測(cè)件TC2b波導(dǎo)型測(cè)量線YM3892選頻放大器匹配負(fù)載2) 先不接被測(cè)器件，將TS7精密衰減調(diào)到衰減較大的位置AdB，改變YM3892選頻放大器增益使之較大的顯示，并確定一指示值記下TS7精密衰減器的讀數(shù)度數(shù)，并查表得到A的dB數(shù)。3) 接上被測(cè)件，將TS7精密衰減器的衰減調(diào)小，調(diào)到原定的YM3892選頻放大器的指示值，要注意的是，二次轉(zhuǎn)動(dòng)TS7的衰減旋

19、鈕方向要一致，要消除回差引起的誤差，再一次記下TS7精密衰減器的讀數(shù)，查表得到B的dB數(shù)。于是就求得衰減量。五、 思考與討論1. 測(cè)量輔波導(dǎo)輸出功率時(shí)，為什么主波導(dǎo)后面一定要接上匹配負(fù)載？若負(fù)載端失配，對(duì)方向性測(cè)量會(huì)產(chǎn)生極大影響，分析一下為什么？2. 分析實(shí)驗(yàn)中用兩種方法測(cè)量所得結(jié)果，你認(rèn)為引起誤差的原因是什么？應(yīng)如何減小測(cè)量誤差？可能的話，在實(shí)驗(yàn)中試一下。實(shí)驗(yàn)三、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 理解阻抗匹配原理，重點(diǎn)掌握單支節(jié)阻抗匹配器的應(yīng)用；2. 熟悉阻抗圓圖在阻抗測(cè)量中的應(yīng)用；3. 學(xué)會(huì)用阻抗匹配器對(duì)失配元件進(jìn)行調(diào)配。二、 設(shè)計(jì)要求1. 在給定負(fù)載情況下，利用單支節(jié)匹配器法設(shè)計(jì)阻抗

20、匹配網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無反射匹配；2. 結(jié)合阻抗圓圖，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果，并得出結(jié)論。三、 實(shí)驗(yàn)原理1. 阻抗測(cè)量 在微波測(cè)量技術(shù)中，阻抗測(cè)量占有很重要的地位。微波元件的阻抗是微波系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)的依據(jù), 也是研究復(fù)雜微波結(jié)構(gòu)的微波網(wǎng)絡(luò)中確定等效電路參數(shù)的依據(jù)。阻抗測(cè)量不僅應(yīng)用于微波器件特性阻抗的研究及微波系統(tǒng)的阻抗匹配，同時(shí)也是一些復(fù)雜測(cè)量（如微波網(wǎng)路參量的測(cè)量）的基礎(chǔ)。因而微波阻抗測(cè)量是一項(xiàng)非常重要的測(cè)量。 由波導(dǎo)理論可知波導(dǎo)中的電磁場(chǎng)不是均勻分布的，因而不可能象雙線傳輸線那樣用行波電壓（或電場(chǎng)強(qiáng)度）對(duì)行波電流（或磁場(chǎng)強(qiáng)度）之比，來規(guī)定出一個(gè)只決定于傳輸線本身尺寸的特性阻抗。波導(dǎo)的等效阻抗值因定義方法不同而

21、不同，因而一般并不進(jìn)行阻抗絕對(duì)值的測(cè)量。經(jīng)常遇到的實(shí)際問題是電磁波在負(fù)載與傳輸線不匹配的傳輸系統(tǒng)上傳播而產(chǎn)生的問題，在這一類問題中僅需知道被測(cè)元件的歸一化阻抗。阻抗測(cè)量的方法很多，但應(yīng)用較為廣泛的方法是測(cè)量線法。 根據(jù)傳輸線理論，傳輸線上任一點(diǎn)的歸一化阻抗為：在電壓最小點(diǎn)，即L=Lmin時(shí)，有，代入上式可解得歸一化負(fù)載阻抗為：即阻抗測(cè)量就歸結(jié)為對(duì)上述三個(gè)參量的測(cè)量。2. 確定駐波最小點(diǎn)位置Lmin的測(cè)量原理由于測(cè)量線標(biāo)尺的兩端點(diǎn)不是延伸到線體的兩端口，直接測(cè)量輸入端口到第一個(gè)電壓最小點(diǎn)的距離L min 是不可能的，但根據(jù)阻抗分布的重復(fù)性原理，在傳輸線上每隔 處的阻抗相等，所以只要找到與待測(cè)阻抗

22、相等的面作為等效參考面即可，這就是在測(cè)量中常采用的方法“等效截面法”。實(shí)際測(cè)量過程如圖3-1所示。首先將待測(cè)元件接在測(cè)量線的輸出端，其駐波分布圖形如圖 3-1（a）中所示，元件的輸入?yún)⒖济妫ㄈ鐖D中TE截面）與第一個(gè)駐波最小點(diǎn) D1 的距離為Dmin，用測(cè)量線測(cè)出其輸入駐波系數(shù)，記錄波節(jié)點(diǎn)在測(cè)量線上的位置D min(D min= +Lmin) ，然后取下待測(cè)元件，將測(cè)量線短接，這時(shí)在測(cè)量線中測(cè)得與Dmin 相鄰的駐波節(jié)位置DT，如圖3-1(b) 所示。從圖中可以看出，因?yàn)?DT 是測(cè)量線終端短路時(shí)的駐波波節(jié)位置，所以它離終端的距離必為，根據(jù) 阻抗變換原理。DT 點(diǎn)的輸入阻抗應(yīng)等于終端所接的待測(cè)器

23、件的阻抗。DT 參考面則被稱為測(cè)量線終端的“等效參考面”。這樣在測(cè)量線上的Dmin 和DT 之間的距離即為所要求的輸入?yún)⒖济娴降谝蛔钚↑c(diǎn)的距離Lmin。如圖（C）所示，（圖中實(shí)線表示終端接被測(cè)元件時(shí)的駐波圖形，虛線表示終端短路時(shí)的駐波圖形）。 圖3-1 等效面法測(cè)量Lmin的原理圖負(fù)截阻擾可由Smith 圓圖進(jìn)行求解。在查Smith 圓圖時(shí)必須注意，如果DT在Dmin 的右邊，查圖時(shí)要按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)（即轉(zhuǎn)向負(fù)載），反之如DT 在Dmin 的左邊，則按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)（即向信號(hào)源）。利用圓圖求輸入阻抗的具體過程如圖（3-2）所示。我們知道無耗傳輸線接任意負(fù)載時(shí)，沿線輸入阻抗的變化軌跡是一個(gè)圓，稱為等

24、圓。而波節(jié)點(diǎn)的輸入阻抗是一個(gè)純電阻，其軌跡為圖中“0-1軸線”。因此，等線圓與“0-1”軸線交點(diǎn) A 即為駐波節(jié)點(diǎn)阻抗值，所以，當(dāng)駐波節(jié)點(diǎn)與等效參考面DT 的距離Lmin 已知時(shí)，就可以按已知輸入阻抗求負(fù)載阻抗的方法，求出被測(cè)器件的阻抗。這時(shí)只需從A 點(diǎn)出發(fā)，沿著等圓逆時(shí)針方向（即朝負(fù)載方向）轉(zhuǎn)過 Lmin/ g的距離到達(dá)B 點(diǎn)，則 B 點(diǎn)所代表的阻抗就是被測(cè)器件的歸一化阻抗 。 圖3-2 用阻抗圓圖計(jì)算負(fù)載阻抗3. 匹配負(fù)載法測(cè)定膜片的電納圖3-3 膜片在波導(dǎo)中放置如圖3-3 所示的開有窗口的全金屬片稱為膜片，當(dāng)膜片的厚度滿足< < t <<g 時(shí)（為膜片的趨膚深度，

25、g 為波導(dǎo)波長(zhǎng)），其等效電路為一并聯(lián)電納 ，通常膜片的損耗很小，電導(dǎo)G 分量可以忽略，因此有。膜片電納可用駐波法測(cè)出。但將膜片接在測(cè)量線輸出端，膜片窗口將向外輻射能量，必須接一個(gè)匹配負(fù)載這時(shí)從膜片左端向終端看上去的歸一化輸入導(dǎo)納即為：，從而得到膜片的歸一化電納值，其精度取決于匹配負(fù)載的匹配性能。4. 阻抗匹配阻抗匹配技術(shù)不僅廣泛地應(yīng)用在微波傳輸系統(tǒng)中，用以獲得良好的工作性能及傳輸效率，如傳輸效率高，系統(tǒng)能傳輸?shù)墓β嗜萘孔畲?，微波源工作也較穩(wěn)定等，而且對(duì)于微波測(cè)量，也是十分重要的，它直接關(guān)系到測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，在精密測(cè)量中，往往對(duì)阻抗匹配提出很高的要求，電壓反射系數(shù)由公式：可知，當(dāng)ZL Zc 時(shí)

26、，即阻抗不匹配，就會(huì)產(chǎn)生反射，所以掌握匹配的原理和技巧，對(duì)分析和解決微波技術(shù)中的實(shí)際問題具有十分重要的意義。 圖3-4 調(diào)配原理圖解在小功率時(shí)構(gòu)成微波匹配源的最簡(jiǎn)單的辦法是在信號(hào)源的輸出端口接一個(gè)衰減器或一個(gè)隔離器，使負(fù)載反射的波通過衰減進(jìn)入信號(hào)源后的二次反射已微不足道，可以忽略。匹配的基本原理是利用一個(gè)調(diào)配器，使它產(chǎn)生的附加反射波，其幅度和失配元件產(chǎn)生的反射波幅度相等，而相位相反，從而抵消失配元件在系統(tǒng)中引起的反射從而達(dá)到匹配。阻抗匹配的裝置與方法很多，可以根據(jù)不同的場(chǎng)合要求靈活選用。對(duì)于固定的負(fù)載，通常可以在系統(tǒng)中接入隔離器（主要用于源端匹配）、膜片、銷釘、諧振窗等以達(dá)到匹配目的；而在負(fù)載

27、變動(dòng)的情況下，可接入單螺釘調(diào)配器，EH阻抗調(diào)配器，短截線等類型的調(diào)配器，這里僅介紹實(shí)驗(yàn)室常用的單螺釘調(diào)配器法。 在單螺釘調(diào)配器中，一段開槽波導(dǎo)段寬邊中心裝置一個(gè)位置可移動(dòng)的螺釘，而螺釘伸入波導(dǎo)里的深度可調(diào)，就構(gòu)成可移動(dòng)的單螺釘調(diào)配器，它是利用螺釘產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾娂{達(dá)到匹配目的，其調(diào)配原理由圖3-4 說明。設(shè)系統(tǒng)終端的歸一化導(dǎo)納為,在圓圖上處于位置A 點(diǎn)，移動(dòng)單螺釘，現(xiàn)在要找到這樣一個(gè)位置，在這個(gè)位置參考面上，向負(fù)載端看入的輸入導(dǎo)納為在圓圖上相當(dāng)于從A 點(diǎn)沿等圓移動(dòng)距離d 到等圓與 1 = G 圓的交點(diǎn) B（圖上 B點(diǎn)導(dǎo)納值為 1 ± ），在這個(gè)位置上改變螺釘深度，在螺釘插入深度 t < g / 4時(shí)，其作用相當(dāng)于在傳輸線上并聯(lián)了一個(gè)正的電納（為容性的）。再改變螺釘?shù)纳疃?，即能改變?nèi)菪噪娂{值 ，這相當(dāng)于在輸入端并聯(lián)一個(gè)電納值，使之與原來的電納值相加抵消。此參考面上總的導(dǎo)納為 1，實(shí)現(xiàn)匹配。在圓圖上相當(dāng)于從 B點(diǎn)沿 的等圓移動(dòng)到原點(diǎn)，即匹配點(diǎn)，從而使系統(tǒng)達(dá)到匹配。如果滑動(dòng)單螺釘調(diào)配器的長(zhǎng)度可以半波長(zhǎng)范圍內(nèi)變化，同時(shí)調(diào)節(jié)螺釘深度提供的并聯(lián)電納可以0之間任意調(diào)節(jié)，則該調(diào)配器能對(duì)任何有耗負(fù)載調(diào)配，故理想情況下沒有禁區(qū)。四、 實(shí)驗(yàn)裝置YM1123標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，GX2B小功率計(jì)，YM3892選頻放大器，TC2b波導(dǎo)型測(cè)量線，（TS7厘米波導(dǎo)精密衰減器，PX16直讀式頻率計(jì)），