實驗三、阻抗測量與匹配技術(shù)實驗報告綜述

實驗三、阻抗測量與匹配技術(shù)實驗報告班級：核32姓名：楊新宇學號：2013011806同組成員：楊宗諭實驗?zāi)康?、掌握用測量線測量微波元件阻抗的方法；2、熟悉Smith圓圖在阻抗測量中的應(yīng)用；3、熟悉阻抗匹配技術(shù)；實驗原理阻抗測量的基本原理在微波測量技術(shù)中，微波系統(tǒng)的阻抗是微波工程中的重要參數(shù)。微波元件的阻抗是微波系統(tǒng)匹配設(shè)計的依據(jù),也是研究復雜微波結(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，同時也是一些復雜測量（如微波網(wǎng)路參量的測量）的基礎(chǔ)。因而微波阻抗測量是一項非常重要的測量。根據(jù)傳輸線理論，傳輸線中駐波分布與終端負載阻抗直接相關(guān)，表征駐波特性的兩個參量，駐波比ρ及相位βlmin式中，ZL為歸一化負載阻抗，即單口微波器件輸入阻抗；ρ為駐波比；lmin是終端負載至相鄰駐波節(jié)點的距離，見圖4-1。由于β=2πλg，這樣λ駐波最小點位置lmin由于測量線標尺的兩端點不是延伸到線體的兩端口，直接測量輸入端口至相鄰駐波節(jié)點的距離有困難，但根據(jù)阻抗分布的λg首先讓測量線終端短路，沿線駐波分布如圖4-2（a）所示，因而移動測量探針可測得某一駐波節(jié)點位置dT,它與終端距離為半波長的整倍數(shù)nλg2（n=1,2,3…），此位置即為待測元件輸入端面在測量線上的等效位置T。當測量線終端接上待測負載時，系統(tǒng)的駐波分布圖如圖4-2（b）所示，用測量線測得dT左邊（向波源方向）的相鄰駐波節(jié)點位置dmin即為終端相鄰駐波節(jié)點的等效位置，所以有在工程設(shè)計中為簡便起見，負載阻抗也可由Smith圓圖進行求解。圖4-3為導納圓圖，圖中A點即為歸一化導納YL，B點的讀數(shù)即為歸一化阻抗Z感性膜片和容性膜片在波導中放置如圖4-4所示的開有窗口的全金屬片稱為膜片，當膜片的厚度滿足δ<<t<<λg時（δ為膜片的趨附深度），λg為波導波長，其等效電路為一并聯(lián)電納Y=G+jB，通常膜片的損耗很小，電導G分量可以忽略，因此有Y=jB。膜片電納可用駐波法測出。但將膜片接在測量線輸出端，膜片窗口將向外輻射能量，必須接一個匹配負載，這時從膜片左端向終端看上去的歸一化輸入導納即為：Yin阻抗匹配匹配是微波技術(shù)中的一個重要概念，通常包含兩方面的意義：一是微波源的匹配，二是負載的匹配。通常微波系統(tǒng)中微波源都采用匹配源，因此，微波系統(tǒng)中的匹配技術(shù)如果不特別說明通常就指的是阻抗匹配技術(shù)。阻抗匹配不僅廣泛地應(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，而且對于微波測量，也是十分重要的，它直接關(guān)系到測量數(shù)據(jù)的準確度，在精密測量中，往往對阻抗匹配提出很高的要求。從傳輸線理論可知電壓反射系數(shù)與負載阻抗ZL的關(guān)當ZL≠ZC時，即阻抗不匹配，就會產(chǎn)生反射，所以掌握匹配的原理和技巧，對分析和解決微波技術(shù)中的實際問題具有十分重要的意義。在小功率時，構(gòu)成微波匹配源的最簡單的辦法是在信號源的輸出端口接一個衰減器或一個隔離器，使負載反射波通過衰減進入信號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，抵消失配元件在系統(tǒng)中引起的反射從而達到匹配。阻抗匹配的裝置與方法很多，可以根據(jù)不同的場合要求靈活選用。對于固定的負載，通常可以在系統(tǒng)中接入隔離器（主要用于微波源端匹配）、膜片、銷釘、諧振窗等以達到匹配目的；而在負載變動的情況下，可接入單螺釘調(diào)配器，EH單螺釘調(diào)配器在一段開槽波導段寬邊中心裝置一個位置可移動的螺釘，而螺釘伸入波導里的深度可調(diào)，就構(gòu)成可移動的單螺釘調(diào)配器，它是利用螺釘產(chǎn)生適當?shù)碾娂{達到匹配目的，其調(diào)配原理由下圖說明。假設(shè)系統(tǒng)終端的歸一化導納為YL，在圓圖上處于位置A點，移動單螺釘，要找到這樣一個位置，在這個位置參考面上，向負載端看去的輸入導納為Yin=1±jB。在圓圖上相當于從A點沿等ρ圓移動距離d到等ρ圓與G=1圓的交點B（圖上B點導納值為1-jB），在這個位置上改變螺釘深度，在螺釘插入深度t<λg/4時，其作用相當于在傳輸線上并聯(lián)了一個正的電納（為容性的）。再改變螺釘?shù)纳疃?，即能改變?nèi)菪噪娂{值jB，這相當于在輸入端并聯(lián)一電納值，使之與原來的電納值相加抵消。此參考面上總導納為1如果滑動單螺釘調(diào)配器的長度可以半波長范圍內(nèi)變化，同時調(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)配器能對任何有耗負載調(diào)配，在理想情況下沒有禁區(qū)。實驗內(nèi)容及步驟調(diào)整微波測量系統(tǒng)(a)參照圖4-6接線，在測量線后接匹配負載。調(diào)整測試系統(tǒng)，用數(shù)字頻率計測量并記錄工作頻率（建議調(diào)到9.3GHz）。(b)測量線后接短路板，用交叉讀數(shù)法測量波導波長λg，并確定測量線標尺中間部位的一個駐波波節(jié)位置d測量感性、容性膜片和晶體檢波器輸入阻抗(a)取下短路板，測量線后接“感性膜片（或容性）+匹配負載”。測出dT左邊（向波源方向）的相鄰駐波節(jié)點位dmin，計算l(b)用直接法（或等指示度法）測量駐波系數(shù)ρ（注意輸出功率電平不要超過平方律檢波范圍）。(c)根據(jù)ρ、lmin、λg應(yīng)用導納圓圖計算“感性膜片（或容性）+匹配負載”的歸一化導納YL。將步驟（a用滑動螺釘進行調(diào)配（a）測量線后接“膜片+匹配負載”，用直接法（或等指示度法）測量其駐波系數(shù)ρ1(b)測量線后換接“單螺釘調(diào)配器+匹配負載”，調(diào)節(jié)螺釘深度，使其駐波系數(shù)仍等于ρ1(c)保持單螺釘調(diào)配器的螺釘深度及其位置不變，在單螺釘調(diào)配器與匹配負載之間接入膜片，移動單螺釘調(diào)配器的螺釘位置，使其駐波系數(shù)ρ<1.05。實驗數(shù)據(jù)及處理調(diào)整微波測量系統(tǒng)工作頻率：9300.28MHz電壓最小值：0.1mV電壓最大值：17.5mVd11d12d21d22位置/mm88.5491.80111.28114.50電表讀數(shù)/mV1.01.01.01.0由此測出的導波波長λ駐波波節(jié)位置d測量感性、容性膜片和晶體檢波器輸入阻抗（a）測量駐波相位由于駐波比較小，波節(jié)位置不好確定，這里同樣采取交叉讀數(shù)法測量dmin，數(shù)據(jù)記錄d11d12位置/mm92.4098.04電表讀數(shù)/mV3.23.2由此得出dmin=95.22mm，（b）測量駐波系數(shù)電表最大值為4.8mV，最小值為3.0mV，由此計算出駐波系數(shù)ρ=（c）計算歸一化導納將測得的駐波系數(shù)、駐波相位和導波波長代入公式4-1可以計算出歸一化導納為YL=1.094+0.161j。與用SSmith圓圖的計算方法如下：在導納圓圖上先找到駐波比為1.2649的等ρ圓，然后向電源方向旋轉(zhuǎn)5.05/45.44=0.1111的電長度即可得到歸一化導納的位置，讀數(shù)與計算結(jié)果一致。用滑動螺釘進行調(diào)配上一步測得駐波系數(shù)為1.2649，接下來調(diào)整螺釘深度，使得駐波系數(shù)仍為1.2649，經(jīng)過調(diào)整，當螺釘深度為4.61mm時，駐波比仍為1.2649，此時電壓最大值為4.0Mv，最小值為2.5mV。接下來調(diào)整螺釘位置，當螺釘位置為39.6mm時，駐波比小于1.05，此時電壓最大值為3.3Mv，最小值為3.1mV，駐波系數(shù)為1.0318，達到要求。五、思考題(1)測量阻抗時，駐波節(jié)點的位置dT答：測量線后接短路板，先將測量線的探針移到最右端，然后向左移動，找到的第一個波節(jié)點即為dT的位置。由于阻抗分布的λg2重復性原理(2)測量膜片電納時，為什么后面要接匹配負載？答：接匹配負載時，從膜片左端看的歸一化輸入導納為Y=1+jB，從而得到膜片歸一化電納。(3)測量待測元件波節(jié)點位置dmin時，是否必須在“等效截面”d答：必須在等效截面左邊，因為之前找到的dT是右端第一個波節(jié)點，接待測元件后，dT的右端不可能再有一個波節(jié)點，所以這個波節(jié)點一定是在等效截面的左邊。(4)通過實驗