[微波实验报告3.doc

内蒙古工业大学信息工程学院 实 验 报 告 课程名称： 实验名称： 实验类型： 实验室名称： 成绩： 实验日期： 实验三、阻抗匹配网络的设计 实验目的 理解阻抗匹配原理，重点掌握单支节阻抗匹配器的应用； 熟悉阻抗圆图在阻抗测量中的应用； 学会用阻抗匹配器对失配元件进行调配。 设计要求 在给定负载情况下，利用单支节匹配器法设计阻抗匹配网络，实现无反射匹配； 结合阻抗圆图，验证设计结果，并得出结论。 实验原理 阻抗测量 在微波测量技术中，阻抗测量占有很重要的地位。微波元件的阻抗是微波系统匹配设计的依据, 也是研究复杂微波结构的微波网络中确定等效电路参数的依据。阻抗测量不仅应用于微波器件特性阻抗的研究及微波系统的阻抗匹配，同时也是一些复杂测量（如微波网路参量的测量）的基础。因而微波阻抗测量是一项非常重要的测量。 由波导理论可知波导中的电磁场不是均匀分布的，因而不可能像双线传输线那样用行波电压（或电场强度）对行波电流（或磁场强度）之比，来规定出一个只决定于传输线本身尺寸的特性阻抗。波导的等效阻抗值因定义方法不同而不同，因而一般并不进行阻抗绝对值的测量。经常遇到的实际问题是电磁波在负载与传输线不匹配的传输系统上传播而产生的问题，在这一类问题中仅需知道被测元件的归一化阻抗。阻抗测量的方法很多，但应用较为广泛的方法是测量线法。 根据传输线理论，传输线上任一点的归一化阻抗为： 在电压最小点，即L=Lmin时，有，代入上式可解得归一化负载阻抗为： 即阻抗测量就归结为对上述三个参量的测量。 确定驻波最小点位置Lmin的测量原理 由于测量线标尺的两端点不是延伸到线体的两端口，直接测量输入端口到第一个电压最小点的距离L min 是不可能的，但根据阻抗分布的重复性原理，在传输线上每隔 处的阻抗相等，所以只要找到与待测阻抗相等的面作为等效参考面即可，这就是在测量中常采用的方法“等效截面法”。实际测量过程如图3-1所示。 首先将待测元件接在测量线的输出端，其驻波分布图形如图 3-1（a）中所示，元件的输入参考面（如图中TE截面）与第一个驻波最小点 D1 的距离为Dmin，用测量线测出其输入驻波系数ρ，记录波节点在测量线上的位置D min(D min= +Lmin) ，然后取下待测元件，将测量线短接，这时在测量线中测得与Dmin 相邻的驻波节位置DT，如图3-1(b) 所示。从图中可以看出，因为 DT 是测量线终端短路时的驻波波节位置，所以它离终端的距离必为，根据 阻抗变换原理。DT 点的输入阻抗应等于终端所接的待测器件的阻抗。DT 参考面则被称为测量线终端的“等效参考面”。这样在测量线上的Dmin 和DT 之间的距离即为所要求的输入参考面到第一最小点的距离Lmin。如图（C）所示，（图中实线表示终端接被测元件时的驻波图形，虚线表示终端短路时的驻波图形）。 图3-1 等效面法测量Lmin的原理图 负载阻抗可由Smith 圆图进行求解。在查Smith 圆图时必须注意，如果DT在Dmin 的右边，查图时要按逆时针方向转（即转向负载），反之如DT 在Dmin 的左边，则按顺时针方向转（即向信号源）。利用圆图求输入阻抗的具体过程如图（3-2）所示。我们知道无耗传输线接任意负载时，沿线输入阻抗的变化轨迹是一个圆，称为等ρ圆。而波节点的输入阻抗是一个纯电阻，其轨迹为图中“0-1轴线”。因此，等ρ线圆与“0-1”轴线交点 A 即为驻波节点阻抗值，所以，当驻波节点与等效参考面DT 的距离Lmin 已知时，就可以按已知输入阻抗求负载阻抗的方法，求出被测器件的阻抗。这时只需从A 点出发，沿着等ρ圆逆时针方向（即朝负载方向）转过 Lmin/ λg的距离到达B 点，则 B 点所代表的阻抗就是被测器件的归一化阻抗 。 图3-2 用阻抗圆图计算负载阻抗 匹配负载法测定膜片的电纳 图3-3 膜片 在波导中放置如图3-3 所示的开有窗口的全金属片称为膜片，当膜片的厚度满足δ t λg时（δ为膜片的趋肤深度，λg 为波导波长），其等效电路为一并联电纳 ，通常膜片的损耗很小，电导G 分量可以忽略，因此有。膜片电纳可用驻波法测出。但将膜片接在测量线输出端，膜片窗口将向外辐射能量，必须接一个匹配负载这时从膜片左端向终端看上去的归一化输入导纳即为：，从而得到膜片的归一化电纳值，其精度取决于匹配负载的匹配性能。 阻抗匹配 阻抗匹配技术不仅广泛地应用在微波传输系统中，用以获得良好的工作性能及传输效率，如传输效率高，系统能传输的功率容量最大，微波源工作也较稳定等，而且对于微波测量，也是十分重要的，它直接关系到测量数据的准确