實驗六微波歸一化阻抗特性測量

1、實驗六微波歸一化阻抗特性測量、分析和計算、實驗目的(1) 結(jié)合波導波長和駐波比的測量，學會微波阻抗的測量、分析和計算(2) 理解歸一化阻抗特性與阻抗圓圖的關系；(3) 學會使用阻抗圓圖表示歸一化阻抗。、實驗原理終端反射系數(shù)的模值|r與駐波比有如下關系-I(6-1)終端反射系數(shù)的相位 鬲與駐波節(jié)點位置 dmInn有以下關系：容性如鼬芻卄曲4ji斗終端反射系數(shù)的相位 Q與駐波腹點位置 dmaxn有以下關系：夠性負轅d+3)j斗廠A通過測得的駐波比及波節(jié)點位置，在阻抗圓圖中標注對應的位置，讀出其刻度即可得出歸一化阻抗。亦可根據(jù)波導主模特性阻抗ZTE10及測得的駐波比p和第一波節(jié)點位置 dmIn1可得

2、終端負載阻抗為(參見教材中習題1.3 ):(6-4)1 - j "a n : Z mini? - j tan :Zmi n1其中，ZteIE10120 二1 -2a2而歸一化負載阻抗:(弘鮎1緲蚩筑1 b>圖 6-1 容性、感性膜片歸一化阻抗測試原理示意圖膜片介紹：在波導中垂直放置如圖6-2的銅片（稱為膜片）。理論分析表明，當膜片厚度t滿足 灰<t<<右時（3為金屬片的趨膚深度），它的等效電路為一并聯(lián)導納Y=G+jB ,使電磁波傳輸引起不連續(xù)。圖6-2波導膜片圖6-2（ a）所示膜片幵槽的寬邊與標準波導的寬邊a相同，而槽的高度導高度b,膜片幵槽處電場更為集中，

3、有電容作用，故稱為容性膜片。圖槽的寬邊a/小于標準波導的寬邊a，而槽的高度b/與標準波導高度處磁場更為集中，有電感作用，故稱為感性膜片。由于膜片的損耗極小，通常把它們的電導b /小于標準波6-2 （b）所示膜片幵b相同，膜片幵槽分量G忽略，而電納 B在一級近似下可表示為： 對客性膜片fl = Incscf 'I< I"丿P波導波長 和dmin，應用式（6-5 ）圖6-1為實驗原理示意圖。具體匹配負載法測量膜片的電納是測量膜片阻抗的方法之一。該方法是把膜片接入波導末端，在它的后面再接上匹配負載，只要測得的駐波比或阻抗圓圖即可求得膜片的歸一化阻抗（即歸一化電納值）計算過程如

4、下：（1 ） 用駐波比P波導波長和dmin計算電納B :（2 ） 用p計算|B|，用dmin 確定其性質(zhì)（即正負號）：當仏J時 M呈棄性-:造-< <7時，？塑感性4 4 2（3 ） 用dmin計算B :B =2cot三、實驗內(nèi)容和步驟1?連接和幵通測試系統(tǒng) 按圖1-1所示連接微波測量系統(tǒng)； 打幵信號源、選頻放大器的電源，將信號源設置在內(nèi)調(diào)制（方波）狀態(tài)，將衰減器調(diào)整到合適位置對應的指示。得到測量 在終端接上短路板 （負載），調(diào)節(jié)探頭座位置和衰減器，使選頻放大器輸出指示表有 線在不同標尺位置時與選頻放大器指示刻度之間有比較靈敏的對應關系。2?測出波導波長 為 （參考實驗三中的方法

5、） 從負載端開始旋轉(zhuǎn)測量線探頭座位置，使選頻放大器指示最小，至少找出 兩個波節(jié)點 的位置。根據(jù)兩節(jié)點間距為半波長，由右=2 （ d min2 dmin1 ） ， 可得出波導波長乃。數(shù)據(jù)記入表 6-1 ；3?確定等效參考面的刻度值d mino 將測量線探頭座移至中間位置； 測量線輸出端仍接短路板； 找出波節(jié)點 （盡可能開大選頻放大器的增益，如旋到6odB 檔處 ） ，記錄測量線標尺的起始位置 （如 161.20mm ） ，并記入表 6-2;4?測量 容性膜片 +匹配負載”的歸一化阻抗 在終端處，拆下短路板，換接上容性膜片和匹配負載；（如此時標尺起始刻度值為161.20mm ） ; 調(diào)節(jié)測量線探頭

6、座，向負載方向移動，找出波節(jié)點 （即選頻放大器的指示為最小處） ,讀出標尺值，并記錄；（如 143.00mm ） ; 測出 容性膜片 +匹配負載”的駐波比 （參考實驗五 ）, （例如 p-1.3 ）; 相關數(shù)據(jù)計入 表 6-2 。用式 （6- 5）計算歸一化負載阻抗。*或采用阻抗圓圖計算： 根據(jù)阻抗圓圖的原理，可在阻抗圓圖上標出移位值：女口 I =d/?g =18.2/44.7 - 0.4 其中 d =161.20-143.00=18.2 為波節(jié)點的移位值 . 將阻抗圓圖標尺逆時針旋轉(zhuǎn)，并對至（如 0.41 ）處，在圓圖標尺 K 刻度上找出 p-1.3的交叉點，讀出實軸值 （為 0.88 ）和

7、虛軸值 （為 0.2 ），并得出歸一化阻抗 z=0.88-j0.2 。5. 測量“感性膜片 +匹配負載”的歸一化阻抗 在測量線輸出端換接上短路板，并在測量線標尺中間的位置找出波節(jié)點，記錄標尺刻度（ 如 161.20mm ） ; 在測量線輸出端，拆下短路板，換接上感性膜片和匹配負載； 調(diào)節(jié)測量線探頭座，向信號源方向移動，找出波節(jié)點 （即選頻放大器的指示為最小處）,讀出標尺值，并記錄 （ 如 156.60mm ） ; 測出“感性膜片 +匹配負載”的駐波比 （參考實驗五 ），例如 p - 1.9 ; 相關數(shù)據(jù) 計入表 6-3. 用式 （6-5 ） 計算歸一化負載阻抗。*或采用阻抗圓圖計算：根據(jù)阻抗圓

8、圖的原理，可在阻抗圓圖上標出移位值；女口 l =d/?g ）=4.6/44.70- 0.10 其中 d =161.20-156.60=4.6 為波節(jié)點的移位值將阻抗圓圖標尺順時針方向旋轉(zhuǎn)，并對在（如0.103 ）處，在圓圖標尺 K刻度上找出p- 1.9的交叉點，讀出實軸值 （為 0.70） 和虛軸值（為 0.45） ，并得出歸一化阻抗 z=0.7-j0.45 。）四、實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理表6-1波導波長測試數(shù)據(jù)（同實驗五中的數(shù)據(jù)）第1次測量:1d min 1 (di d2八 102.66m m21 g (d3 d4)= 124.44 mmd min 22_2 dmin 2 -dmi n1=43.

9、56mm第2次測量:1d . min 1(d1 d2)=102.7mm2'g=2 d min 2 d min1二 43.56mm1gd. cmin 2(d3 d4)=124.48mm第3次測量:1d min 1(d1 d2)=:102.68m m22 dd扌L gmin 2 d min1d min 21g (d3 d4)：=124.45mm=43.54mm200205205 十 53125 130 130=43.55mm、位置讀數(shù)測量次接短路板時波節(jié)點的起始位置dmi n0接容性膜片時波節(jié)點的位置dmi n接容性膜片時波腹點的位置1 max接容性膜片時波腹點的位置Imin1124.30

10、mm106.38mm200uA125uA2124.28mm106.36mm205uA130uA3124.40mm105.70mm205uA130uA表6-2容性膜片測試數(shù)據(jù)max|max1 Tmax2 : T maxnminlI亠|亠Imin nmin 1 min 2=0.114探針初始位置dmi!o =79.96mm置讀數(shù)測量次數(shù)、d1d2d3d4dm in1dmin 2198.54106.78119.84129.04103.00123.54298.56106.84119.86129.10104.38123.14398.58106.78119.80129.10103.66123.56注：上表

11、中dmini和dmin2為實際測量值min 0空 LmA0j24.32mm106 38dminio6.36 g =i06Ammdmin1 "min -dmin 0 一 - 18.29mmdminn 二丄（ 2 n 1 ）匕4二 一 0.853=AejJo.114e? 853'g l -min 1 -3.492mm4飛-144.27g 43.55 101 - j ?tan :d min1 - Zij tan - : dm叩1-j1.258tan144.27 0.105681.258 -jta n144.27 0.105681j3.315= 1.172 3j0.1791.258j

12、2.635由歸一化阻抗可知， 為容性表6-3感性膜片測試數(shù)據(jù)、位置讀數(shù)測量次數(shù)、接短路板時波節(jié)點的起始位置dmi n0接感性膜片時波節(jié)點的位置dmin接感性膜片時波腹點的位置| max接感性膜片時波腹點的位置I min1124.30mm141.84mm265uA100uA2124.28mm141.98mm270uA100uA3124.40mm142.00mm270uA100uA=0.241依 30 依 28 飯 40 =124.32min 0空=141.94dmi nmax|max1 Tmax2T maxn265270 270minII川1min 1 min 2min n100 100 1001.638nmin 1ddmin dmin 0 一17.62'g .' g-dmi nn】n -4 - 4.1-5.0841八=rie*=0.241ej5'084g 八28.507mm42-3 =144.27g 43.55 10 - 31 - j "an :d mim-j tan '-d min11.638 - j tan 144.27 0.0285071-i1.638ta n144.27 0.02850