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微波基础计算器的使用 实验目的: 掌握微波传输线任意点的输入阻抗、反射系数、驻波比等概念； 熟悉smith圆图及其在阻抗匹配应用; 了解双端口网络的参数矩阵及其转换 熟悉微波基础计算器的功能及其在微波技术中的应用。 基础知识回顾：--微波传输线（长线）理论 传输线理论中基本物理量： 电压波与电流波（入射与反射） 理想(无耗)均匀传输线的传输特性归结为两个实数： 传播常数b和特性阻抗Z0。 传输线理论三套参量： 输入阻抗Zin，反射系数G，驻波参量（驻波系数r和驻波相位lmin） --阻抗（导纳）圆图 三套参量同时一个单位圆内表示 1）由横坐标表示反射系数实部，纵坐标表示反射系数虚部，构成反射系数复平面； 2）对于一个无耗均匀传输线，其反射系数的模是不变的，变化的是位相（位置）构成反射系数同心圆； 以负载为参考面向源移动时，位相角减少，顺时针转动 3）驻波系数在反射系数复平面上也是同心圆， 4) 阻抗在反射系数复平上表示时要归一化； 某一点的阻抗由经过该点的等电阻圆与等电抗弧线确定。 --传输线匹配 本实验是利用并联枝节进行传输线匹配。 终端短路传输线相当于一个纯电抗 在主传输线上并联一个短路面位置可调的支路传输线，相当并联一个可变电抗。 由于并联枝节，进行匹配设计时用导纳方法表示更为方便。 单枝节匹配过程分析 --二端口微波网络理论 微波电路是由多个微波器件构成： 一段同轴线可看成一个微波器件，一个环形器也是一个微波器件。 对于均匀传输线（如同轴线），可用传输线理论（包括阻抗圆图）进行分析 但对于非均匀微波系统（如环形器），与双导体相连接时其电场分布是不连续的。这时可以等效为一个网络，不考虑其内部电场结构，而只关心端口处的特性。 一个带接头的二端口微波器件： 接头是规则波导段，可等效为一对双导体，是分布参数电路；器件内部的不连续性可等效为集总参数网络。这样这个带头的微波器件就构成了一个微波网络。 阻抗矩阵（Z参量） 如果各端口特性用等效电压与等效电流表示，则对两端口网络，有如下关系 Zii是向端口i看进去的输入阻抗；Zij是端口j到端口i间的转移阻抗。 （其它所有端口都开路） 导纳矩阵（Y参量） 同样，如果以等效电压为变量，则得导纳矩阵 阻抗矩阵与导纳矩阵是互为逆矩阵 散射矩阵（s参量） 网络端口的传输状态用入射电压波与反射电压波表示 进行归一化 可得如下散射矩阵 可见散射矩阵是用网络各端口的入射电压波与出射电压波来描述网络特性的波矩阵。其中（其它端口匹配时）： Sii就是端口i的反射系数； Sij是端口j到端口i的传输系数 转移矩阵（ABCD矩阵，A参量） Z、Y、S参数矩阵都可以用来描述任意端口微波网络的特性，但当微波网络是由多个二端口网络级联组成时，它们的运算并不方便。 转移矩阵（也叫ABCD矩阵）和传输矩阵（也叫T矩阵）就是用来描述这种级联关系。 转移矩阵对应的端口参量是总电压与总电流： 其中矩阵也表示成 转移矩阵元素无明确的物理意义，但它特别适用于分析二端口网络的级联： 各矩阵参量换算 上面分析的四种二端口网络参量矩阵，对于多端口也适用； 同传输线理论三种表示方法一样，这四种二端口网络参量也是可以相互变换的，但很复杂，可借助微波技术计算器完成。 实验内容： 微波基础计算器的使用---演示 * * 三套参量间的换算关系： z z=0 Zl 纯电抗 纯电阻 开路点 短路点 匹配点 Yi T Yz Y2 Y1 Y0 l2 l1 不匹配：Yz≠Y0 匹配目标：Yi=Y0；即Y0=Y1+Y2 过程： 1）确定l2。参考面T由负载向源移动，与电导为1的圆相交，得 Y2=1+jB； 2）确定l1。参考面由短路面向主传输线移动，使Y1=-jB l2 l1 Yz Y1 Y2 Ym=jB =-jB =1+jB T1 T2 [A] I1 I2 V2 V1 端口1 端口2 [A]1 [A]2 [A]n I1 V1 In Vn *