微波實(shí)驗(yàn)二 傳輸線上的波的測(cè)量與阻抗匹配

1、微波技術(shù)與天線實(shí)驗(yàn)報(bào) 班級(jí)：12通信二班 組別：第五組 實(shí)驗(yàn)名稱： 傳輸線上的波的測(cè)量與阻抗匹配 時(shí)間： 2014年11月22號(hào)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ü餐糠郑?，用頻譜分析儀測(cè)量傳輸線上電磁波的頻率和波長(zhǎng)。2，測(cè)量駐波信號(hào)在負(fù)載短路，開(kāi)路，匹配的情況下的波腹、波節(jié)、反射系數(shù)、駐波比。二、實(shí)驗(yàn)原理（共同部分）對(duì)于具有分布參數(shù)的均勻傳輸線，采用分布參數(shù)電路分析方法，即把傳輸線作為分布參數(shù)電路處理，得到傳輸線的單位長(zhǎng)度電阻、電感、電容和電導(dǎo)組成的等效電路，然后根據(jù)基爾霍夫定律導(dǎo)出傳輸線方程。從傳輸線方程的解進(jìn)而研究波沿給定傳輸線傳播的全部特性。當(dāng)傳輸信號(hào)的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于傳輸線的長(zhǎng)度時(shí)，有限長(zhǎng)的傳輸線上各點(diǎn)的電

2、流(或電壓)的大小和相位與傳輸線長(zhǎng)度可以近似認(rèn)為相同，就不顯現(xiàn)分布參數(shù)效應(yīng)可作為集中參數(shù)電路處理。但當(dāng)傳輸信號(hào)的波長(zhǎng)與傳輸線長(zhǎng)度可以比擬時(shí)，傳輸線上各點(diǎn)的電流(或電壓)的大小和相位均不相同顯現(xiàn)出電路參數(shù)的分布效應(yīng)，此時(shí)傳輸線就必須作為分布參數(shù)電路處理。電路參數(shù)沿線均勻分布的傳輸線稱為均勻傳輸線。若均勻傳輸線的始端接信號(hào)源，終端接負(fù)載，由于傳輸線是均勻的，故可在線上任一點(diǎn)處取線元dz來(lái)研究。另外，因線元dz遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，可把它看成集中參數(shù)電路，用串聯(lián)阻抗Zl=R1+jL1和并聯(lián)導(dǎo)納Y1=Gl十jC1組成的集中參數(shù)電路等效。實(shí)驗(yàn)儀器如下（1） 負(fù)載開(kāi)路，負(fù)載短路，與負(fù)載匹配 負(fù)載開(kāi)路與短路即為令終端

3、負(fù)載為或0，而對(duì)于功率輸出，當(dāng)負(fù)載匹配時(shí)會(huì)得到最大的功率輸出；對(duì)于電源電壓輸出，指電源內(nèi)阻越小在內(nèi)阻上的壓降越小，會(huì)得到最大的電壓輸出，就是說(shuō)電源的效率最大，當(dāng)內(nèi)阻r=0,電源的效率等于1（100%）。（1）傳輸線的工作狀態(tài)傳輸線的工作狀態(tài)取決于傳輸線終端所接的負(fù)載，有三種狀態(tài)。其中負(fù)載開(kāi)路與短路即為令終端負(fù)載為或0導(dǎo)致傳輸線工作于駐波狀態(tài)，ZL=Z0時(shí)傳輸線工作于行波狀態(tài)。行波狀態(tài)：傳輸線上無(wú)反射波出現(xiàn)，只有入射波的工作狀態(tài)。 當(dāng)傳輸線終端負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗，即ZL=Z0時(shí)，線上只有入射波（反射系數(shù)為零)。此時(shí)對(duì)于無(wú)損耗線j,則式中的2是的初相角因ZL=Z0是純電阻，故此處的2=2

4、表示為瞬時(shí)值形式為駐波狀態(tài)：入射波和反射波疊加形成駐波，傳輸線工作在全駐波狀態(tài)。在ZL=0，ZL=，或者ZL=±jXL時(shí)，都有|=1以ZL=0為例來(lái)分析傳輸線工作在全駐波狀態(tài)時(shí)的特征。此時(shí)， 同樣表示為瞬時(shí)值形式（Z0為實(shí)數(shù)時(shí)）混合波狀態(tài)：傳輸線上同時(shí)存在入射波和反射波，兩者疊加形成混合波狀態(tài)，對(duì)于無(wú)耗線，線上的電壓、電流表示式為 = （2） 行波和駐波系數(shù)為了定量描述傳輸線上的行波分量和駐波分量，引入駐波系數(shù)和行波系數(shù)。 傳輸線上最大電壓(或電流)與最小電壓(或電流)的比值，定義為駐波系數(shù)或駐波比，表示為駐波系數(shù)和反射系數(shù)的關(guān)系可導(dǎo)出如下故得，行波系數(shù)定義為傳輸線上最小電壓(或電流

5、)與最大電壓(或電流)的比值，即顯然（3） 反射系數(shù)傳輸線上某點(diǎn)的反射波電壓與入射波電壓之比定義為該點(diǎn)處的反射系數(shù)，即 按反射系數(shù)定義可得 ，其中 稱為傳輸線的終端反射系數(shù)。下面說(shuō)明如何利用傳輸線上的電壓分布測(cè)量波長(zhǎng)。采用的方法稱為駐波分布法，傳輸線終端短路(或開(kāi)路)時(shí)傳輸線上形成純駐波移動(dòng)測(cè)量探頭測(cè)出兩個(gè)相鄰駐波最小點(diǎn)之間的距離即可求得波長(zhǎng)。對(duì)空氣絕緣的同軸系統(tǒng)，上述方法測(cè)出的波導(dǎo)波長(zhǎng)就是工作波長(zhǎng)，如果是有介質(zhì)絕緣的同軸系統(tǒng)或微帶系統(tǒng)這樣測(cè)出的波長(zhǎng)是波導(dǎo)波長(zhǎng)，要根據(jù)波導(dǎo)和工作波長(zhǎng)之間的關(guān)系進(jìn)行換算。（4）駐波比與反射系數(shù)公式 駐波比SWR=R/r=(1+K)/(1-K) 一般要求1.4以下反

6、射系數(shù)K=(R-r)/(R+r) 回波損耗L=-20lg(SWR+1)/(SWR-1)一般要求16以上三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（共同部分）本實(shí)驗(yàn)用微帶傳輸線模塊模擬測(cè)量線。利用駐波測(cè)量技術(shù)測(cè)量傳輸線上的波，可以粗略地觀察波腹、波節(jié)和波長(zhǎng)，進(jìn)而測(cè)量反射系數(shù)|和駐波比。若條件允許可以使用反射測(cè)量電橋以較精確地測(cè)量反射損耗。（1）實(shí)驗(yàn)儀器RZ9908綜合實(shí)驗(yàn)箱 頻率合成信號(hào)發(fā)生器 電場(chǎng)探頭 頻譜分析儀 反射測(cè)量電橋 終端負(fù)載（2）實(shí)驗(yàn)思路用駐波分布法測(cè)量微帶傳輸線上電磁波的波長(zhǎng)。觀測(cè)微帶傳輸線上駐波分布，測(cè)量駐波的波腹、波節(jié)、反射系數(shù)和駐波比。（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置大致如下，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)箱固定模塊可簡(jiǎn)化操作。原理如

7、下：實(shí)驗(yàn)連接圖如下：微帶傳輸線模塊測(cè)量端開(kāi)路（不接負(fù)載)。把頻率合成信號(hào)發(fā)生器設(shè)置成為：CENTER FREQUENCY=1000MHz，SPAN=1MHz，參考電平-30dBm，在保證信號(hào)不超出屏幕頂端的情況下，參考電平越小越好，盡量使信號(hào)譜線的峰值顯示在屏幕的第一格和第二格之間。頻率合成信號(hào)發(fā)生器設(shè)置為輸出頻率1000MHz和最小衰減量。如圖1連接，逐次移動(dòng)探頭。記錄探頭位置刻度讀數(shù)和頻譜分析儀讀數(shù)，必要時(shí)可調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出功率或頻譜分析儀的參考電平。改變頻率合成信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率為800MHz，再重復(fù)進(jìn)行駐波分布測(cè)試。用反射測(cè)量電橋來(lái)測(cè)量駐波損耗，按圖2連接好實(shí)驗(yàn)裝置圖2用反射測(cè)量

8、電橋來(lái)測(cè)量駐波損耗反射測(cè)量電橋的測(cè)量端，首先不接負(fù)載(開(kāi)路)，用頻譜分析儀測(cè)量并記錄曲線1數(shù)據(jù)，然后接終端負(fù)載，用頻譜分析儀測(cè)得曲線2，如圖3所示。兩曲線的差值d(按10dB格讀數(shù))即代表反射損耗L。利用關(guān)系L=20Lg|和即可決定反射系數(shù)|和駐波比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果如下： 1 2 3 4 5 7 9負(fù)載開(kāi)路 0 -1 2 -1 0 1 -3負(fù)載短路-49.1-28.2-22.1-23.2-20.4-21.0-24.2負(fù)載50歐-37.8-40.0-38.5-40.3-42.4-39.8-37.5反射損耗L 50 27 24 22 20 22 21f/MHz 105.6212.6 310.5 412.5 512.3 723.8 932.7反射系數(shù)0.0030.1820.1470.1230.100 0.1470.112駐波比1.0061.4451.3451.2801.2221.3451.252四，實(shí)驗(yàn)心得（個(gè)人部分） 經(jīng)過(guò)認(rèn)真的預(yù)習(xí)，這次實(shí)驗(yàn)在我們小組四人各顯神通下，圓滿地完成了。雖然一開(kāi)始對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器還有點(diǎn)不熟悉，但經(jīng)過(guò)老師的點(diǎn)撥和我們