電磁場與微波技術(shù)實(shí)驗(yàn)：S1 微波基礎(chǔ)計(jì)算器

實(shí)驗(yàn)一微波基礎(chǔ)計(jì)算器使用廈門大學(xué)電磁場與微波技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程2012.11.29長線理論見微波技術(shù)基礎(chǔ)課程，集合長度l與工作波長lamda可比擬的傳輸線，分布參數(shù)描述實(shí)驗(yàn)一微波基礎(chǔ)計(jì)算器使用實(shí)驗(yàn)?zāi)康奈⒉ɑA(chǔ)計(jì)算器是以微波計(jì)算為基礎(chǔ)進(jìn)行專業(yè)計(jì)算的工具。實(shí)現(xiàn)了微波技術(shù)基礎(chǔ)理論中長線理論、Smith圓圖、網(wǎng)絡(luò)理論等部分的計(jì)算。此計(jì)算器共包括：長線上任意點(diǎn)輸入阻抗、反射系數(shù)、行波系數(shù)、駐波比的計(jì)算

Smith圓圖的自動(dòng)和手工繪制任意長線和負(fù)載的單枝節(jié)匹配，甚至雙枝節(jié)、三枝節(jié)雙口網(wǎng)絡(luò)S、Z、Y、A參數(shù)的相互轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)知識(shí)回顧微波傳輸線（長線）理論傳輸線理論中基本物理量：電壓波與電流波（入射與反射）理想(無耗)均勻傳輸線的傳輸特性歸結(jié)為兩個(gè)實(shí)數(shù)：傳播常數(shù)b和特性阻抗Z0。傳輸線理論三套參量：輸入阻抗Zin，反射系數(shù)G，駐波參量（駐波系數(shù)r和駐波位相l(xiāng)min）三套參量間的換算關(guān)系：zz=0Zl阻抗（導(dǎo)納）圓圖三套參量同時(shí)一個(gè)單位圓內(nèi)表示由橫坐標(biāo)表示反射系數(shù)實(shí)部，縱坐標(biāo)表示反射系數(shù)虛部，構(gòu)成反射系數(shù)復(fù)平面；對(duì)于一個(gè)無耗均勻傳輸線，其反射系數(shù)的模是不變的，變化的是位相（位置）構(gòu)成反射系數(shù)同心圓；位相角減少，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)3）駐波系數(shù)在反射系數(shù)復(fù)平面上也是同心圓，4)阻抗在反射系數(shù)復(fù)平上表示時(shí)要?dú)w一化；某一點(diǎn)的阻抗由經(jīng)過該點(diǎn)的等電阻圓與等電抗弧線確定。純電抗純電阻以負(fù)載為參考面向源移動(dòng)時(shí)，短路點(diǎn)開路點(diǎn)匹配點(diǎn)傳輸線匹配本實(shí)驗(yàn)是利用并聯(lián)枝節(jié)進(jìn)行傳輸線匹配。終端短路傳輸線相當(dāng)于一個(gè)純電抗在主傳輸線上并聯(lián)一個(gè)短路面位置可調(diào)的支路傳輸線，相當(dāng)并聯(lián)一個(gè)可變電抗。由于并聯(lián)枝節(jié)，進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)時(shí)用導(dǎo)納方法表示更為方便。單枝節(jié)匹配過程分析YiTYzY2Y1Y0l2l1Yzl2

Ym=jBl1Y1

=-jB不匹配：Yz≠Y0

匹配目標(biāo)：Yi=Y0；即Y0=Y1+Y2過程：確定l2。參考面T由負(fù)載向源移動(dòng)，與電導(dǎo)為1的圓相交，得

Y2=1+jB；確定l1。參考面由短路面向主傳輸線移動(dòng)，使Y1=-jBY2

=1+jB二端口微波網(wǎng)絡(luò)理論

微波電路是由多個(gè)微波器件構(gòu)成：一段同軸線可看成一個(gè)微波器件，一個(gè)環(huán)形器也是一個(gè)微波器件。

對(duì)于均勻傳輸線（如同軸線），可用傳輸線理論（包括阻抗圓圖）進(jìn)行分析

但對(duì)于非均勻微波系統(tǒng)（如環(huán)形器），與雙導(dǎo)體相連接時(shí)其電場分布是不連續(xù)的。這時(shí)可以等效為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，不考慮其內(nèi)部電場結(jié)構(gòu)，而只關(guān)心端口處的特性。一個(gè)帶接頭的二端口微波器件：

接頭是規(guī)則波導(dǎo)段，可等效為一對(duì)雙導(dǎo)體，是分布參數(shù)電路；器件內(nèi)部的不連續(xù)性可等效為集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)。這樣這個(gè)帶頭的微波器件就構(gòu)成了一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)。T1T2阻抗矩陣（Z參量）如果各端口特性用等效電壓與等效電流表示，則對(duì)兩端口網(wǎng)絡(luò)，有如下關(guān)系Zii是向端口i看進(jìn)去的輸入阻抗；Zij是端口j到端口間的轉(zhuǎn)移阻抗。（其它所有端口都開路）導(dǎo)納矩陣（Y參量）同樣，如果以等效電壓為變量，則得導(dǎo)納矩陣阻抗矩陣與導(dǎo)納矩陣是互為逆矩陣散射矩陣（S參量）

網(wǎng)絡(luò)端口的傳輸狀態(tài)用入射電壓波與反射電壓波表示進(jìn)行歸一化可得如下散射矩陣可見散射矩陣是用網(wǎng)絡(luò)各端口的入射電壓波與出射電壓波來描述網(wǎng)絡(luò)特性的波矩陣。其中（其它端口匹配時(shí)）：Sii就是端口i的反射系數(shù)；

Sij是端口j到端口i的傳輸系數(shù)轉(zhuǎn)移矩陣（ABCD矩陣，A參量）

Z、Y、S參數(shù)矩陣都可以用來描述任意端口微波網(wǎng)絡(luò)的特性，但當(dāng)微波網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)組成時(shí)，它們的運(yùn)算并不方便。

轉(zhuǎn)移矩陣（也叫ABCD矩陣）和傳輸矩陣（也叫T矩陣）就是用來描述這種級(jí)聯(lián)關(guān)系。轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)應(yīng)的端口參量是總電壓與總電流：其中矩陣也表示成[A]I2V2I1端口1

V1端口2轉(zhuǎn)移矩陣元素?zé)o明確的物理意義，但它特別適用于分析二端口網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)：[A]1[A]2[A]nI1V1InVn各矩陣參量換算

上面分析的四種二端口網(wǎng)絡(luò)參量矩陣，對(duì)于多端口也適用；

同傳輸線理論三種表示方法一樣，這四種二端口網(wǎng)絡(luò)參量也是可以相互變換的，但很復(fù)雜，可借助微波技術(shù)計(jì)算器完成。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：→寫明實(shí)驗(yàn)?zāi)康模槐爻瓕懺?、?shí)驗(yàn)步驟；→認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)作業(yè)(p104)所布置的內(nèi)容；→思考題：利用長線理論計(jì)算器，完成單枝節(jié)匹配。附加題：如何完