实验二微波基础计算器

1、实验二微波基础计算器实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修、实验目的微波技术基础计算器是以微波计算为基础的进行专业计算的工具。实现了微 波技术基础理论屮长线理论、smith圆图、网络理论等部分的计算。此计数 器共包括：长线上任意点输入阻抗、反射系数、行波系数、驻波比的计算。 smith圆图的口动和手工绘制。任意长线和负载的单枝节匹配。 双口网络s、z、y、a参数的相互转换。二、实验仪器装冇microwave office软件的计算机三、实验原理3.1长线理论基础知识回顾：-微波传输线（长线）理论（q1:传输线理论中基木物理量是什 么？）电压波与电流波（入射与反射）关系：v二 v + + v&

2、#39;a）= v+ejpz + v_ejfiz/=厂（z） + r（z） = ygv+e- -v_ej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0和特性阻抗 勺。传输线理论三套参量：输入阻抗ze，反射系数匚驻波参量（驻波系数p和驻 波相位】min）三套参量间的换算关系：zz4-jz0tan（/?/） = vg）""+tan（/?/） /（z）i-r| v.nun5严产+了4龙 4(0</n.a <互)ini n£ 7三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，构成反射系数复平而;2）对于一个无耗均匀

3、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；以负载为参考而向源移动时，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左。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。3.2二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

4、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。例如一个带接头的二端口微波器件可表示如下：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。3.3微波计算器的使用冇了以上这些基本概念之后，我们就可以学习微波计算器的使用方法。这个 计算器实际上就是利用以上的公式，编成、作图完成的，国内外也还有很多类似 的软件。微波计算器的主界而如图1所示。2微波技术基础计算器文件0）查看辺 长线

5、69;网络帮助hi => q qa sy 丨 ©x i保存复制 长线阻抗导纳匹配转换 关于 1退岀图1微波计算器主界面3.3.1长线理论图2长线理论窗口需要输入的参数冇特性阻抗、负载阻抗、工作波长、线长。英屮线长为图屮 整个线的长度。图小当前点的线长为0.544o且线长与波长的单位保持一致。计 算器根据你输入的参数，再根据传输线公式z,”(d)二z。z. +疋。tan(仔),可以°z° +丿乙 tan(0d)计算出图中当前绿色标记处的输入阻抗和导纳。并11计算岀当前点的反射系数等 参数。3.3.2阻抗与导纳圆图选择图1中所示的“阻抗”或“导纳”工具，会相应出

6、现图3的阻抗圆 图和图4导纳圆图窗口。输入数据反射系数0.5+j0.5归一化电阴2归一化电抗1选项厂自动孩取数据厂自动刷新0总在最前厂窗体半透明开般制图3阻抗圆图图4导纳圆图以阻抗圆图为例，窗口屮需要输入的参数有三个：反射系数、归一化电 阻、归一化电抗，相应在左边的画出等反射系数圆、等电阻圆、等电抗 圆。等电阻圆和等电抗圆的交点使是阻抗为2+lj的点（对应图屮输入 的参数）。另外通过下方的“自动获取数据”选项可以自动长线计算的窗口屮获取 计算数据，并自动绘制当前点的圆图。如果选中“自动刷新”，可以使 两个窗口屮的数据自动保持同步。这吋拖动长线窗口屮的绿色标记，可 以看到圆图随距离的变化。3.3

7、.3单枝节匹配选择图1中所示的“匹配”工具，会相应岀现图5所示的窗口。图5单枝节匹配同样，在此窗口中，输入相应的参数，软件会自动算出单枝节匹配的 匹配点和相应的长度。3.3.4网络参数转换选择图1中所示的“转换”工具，会相应出现图6所示的窗口。在输入参数的下拉列表屮，选择一个参数，共有s参数、y参数、z参 数、a参数四种选择。选择其中一个后，输入相应的数据，然后点击“开 始换算”按钮，便可以计算出对应的其他参数的值。亘冈卞双口网络参量转换s参量20. 000+j 10.05.000+jl0.005. 000+j5. 000 lo.ooo+jlo.oz参量-1. 114+j0.030.099+j

8、-0.000.059+j-0.02-1. 151+jo. 11y参量-0.901+j-0.0-0.077+j-0.0-0.048+j0.01-0.864+j-0.0a参星-16.950+j-5.20.050+j4.4515.050+j5.45-17.950+j-4.摄示：若结果显示不全'诸在结果上单击鼠标左羅开始换算图6 网络参数转换四、实验内容:4.1长线理论设置特性阻抗为50欧姆，负载阻抗我们选择100-j 50,波长输入1, 线长输入5,此处波长与线长都为相对值，计算线长z为2.2、3、4.6 三处的输入阻抗和反射系数，并且通过课本上相应的传输线公式和反 射系数公式验证。4.2阻

9、抗、导纳以阻抗圆图为例，在反射系数中输入0.441+j 0.073,归一化电阻输 入“2”，归一化电抗输入“一1”，最后选择“开始绘制”按钮，左边 便相应的出现反射系数圆图、值为2的等电阻圆，值为一1的等电抗 圆。等电阻圆与等电抗圆的点便是归一化阻抗为2-j的点。接下来 我们选择“自动获取数据”、“窗体半透明”和“自动刷新”三个选项。 此时i员i图数据便实时地來口于长线计算器的计算结杲。改变长线计算 器绿点的位置时，圆图会自动随着进行相应的改变。导纳圆图进行上 面相应的实验步骤。（用这个功能，可以实现利用微波技术理论课上 讲述的基本概念完成传输线的匹配。）4.3单枝节匹配特性阻抗为50欧姆，终端负载为50+j 100,使用单枝节匹配，求枝 节的位置d和长度l。五、实验报告1、查阅和自学微波技术基础知识的相关文献资料，理解t线理论和 二端口微波网