实验六微波归一化阻抗特性测量

1、实验六微波归一化阻抗特性测量、分析和计算、实验目的(1) 结合波导波长和驻波比的测量，学会微波阻抗的测量、分析和计算(2) 理解归一化阻抗特性与阻抗圆图的关系；(3) 学会使用阻抗圆图表示归一化阻抗。、实验原理终端反射系数的模值|r与驻波比有如下关系-I(6-1)终端反射系数的相位 鬲与驻波节点位置 dmInn有以下关系：容性如鼬刍卄曲4ji斗终端反射系数的相位 Q与驻波腹点位置 dmaxn有以下关系：够性负轅d+3)j斗厂A通过测得的驻波比及波节点位置，在阻抗圆图中标注对应的位置，读出其刻度即可得出归一化阻抗。亦可根据波导主模特性阻抗ZTE10及测得的驻波比p和第一波节点位置 dmIn1可得

2、终端负载阻抗为(参见教材中习题1.3 ):(6-4)1 - j "a n : Z mini? - j tan :Zmi n1其中，ZteIE10120 二1 -2a2而归一化负载阻抗:(弘鮎1缈蚩筑1 b>图 6-1 容性、感性膜片归一化阻抗测试原理示意图膜片介绍：在波导中垂直放置如图6-2的铜片（称为膜片）。理论分析表明，当膜片厚度t满足 灰<t<<右时（3为金属片的趋肤深度），它的等效电路为一并联导纳Y=G+jB ,使电磁波传输引起不连续。图6-2波导膜片图6-2（ a）所示膜片幵槽的宽边与标准波导的宽边a相同，而槽的高度导高度b,膜片幵槽处电场更为集中，

3、有电容作用，故称为容性膜片。图槽的宽边a/小于标准波导的宽边a，而槽的高度b/与标准波导高度处磁场更为集中，有电感作用，故称为感性膜片。由于膜片的损耗极小，通常把它们的电导b /小于标准波6-2 （b）所示膜片幵b相同，膜片幵槽分量G忽略，而电纳 B在一级近似下可表示为： 对客性膜片fl = Incscf 'I< I"丿P波导波长 和dmin，应用式（6-5 ）图6-1为实验原理示意图。具体匹配负载法测量膜片的电纳是测量膜片阻抗的方法之一。该方法是把膜片接入波导末端，在它的后面再接上匹配负载，只要测得的驻波比或阻抗圆图即可求得膜片的归一化阻抗（即归一化电纳值）计算过程如

4、下：（1 ） 用驻波比P波导波长和dmin计算电纳B :（2 ） 用p计算|B|，用dmin 确定其性质（即正负号）：当仏J时 M呈弃性-:造-< <7时，？塑感性4 4 2（3 ） 用dmin计算B :B =2cot三、实验内容和步骤1?连接和幵通测试系统 按图1-1所示连接微波测量系统； 打幵信号源、选频放大器的电源，将信号源设置在内调制（方波）状态，将衰减器调整到合适位置对应的指示。得到测量 在终端接上短路板 （负载），调节探头座位置和衰减器，使选频放大器输出指示表有 线在不同标尺位置时与选频放大器指示刻度之间有比较灵敏的对应关系。2?测出波导波长 为 （参考实验三中的方法

5、） 从负载端开始旋转测量线探头座位置，使选频放大器指示最小，至少找出 两个波节点 的位置。根据两节点间距为半波长，由右=2 （ d min2 dmin1 ） ， 可得出波导波长乃。数据记入表 6-1 ；3?确定等效参考面的刻度值d mino 将测量线探头座移至中间位置； 测量线输出端仍接短路板； 找出波节点 （尽可能开大选频放大器的增益，如旋到6odB 档处 ） ，记录测量线标尺的起始位置 （如 161.20mm ） ，并记入表 6-2;4?测量 容性膜片 +匹配负载”的归一化阻抗 在终端处，拆下短路板，换接上容性膜片和匹配负载；（如此时标尺起始刻度值为161.20mm ） ; 调节测量线探头

6、座，向负载方向移动，找出波节点 （即选频放大器的指示为最小处） ,读出标尺值，并记录；（如 143.00mm ） ; 测出 容性膜片 +匹配负载”的驻波比 （参考实验五 ）, （例如 p-1.3 ）; 相关数据计入 表 6-2 。用式 （6- 5）计算归一化负载阻抗。*或采用阻抗圆图计算： 根据阻抗圆图的原理，可在阻抗圆图上标出移位值：女口 I =d/?g =18.2/44.7 - 0.4 其中 d =161.20-143.00=18.2 为波节点的移位值 . 将阻抗圆图标尺逆时针旋转，并对至（如 0.41 ）处，在圆图标尺 K 刻度上找出 p-1.3的交叉点，读出实轴值 （为 0.88 ）和

7、虚轴值 （为 0.2 ），并得出归一化阻抗 z=0.88-j0.2 。5. 测量“感性膜片 +匹配负载”的归一化阻抗 在测量线输出端换接上短路板，并在测量线标尺中间的位置找出波节点，记录标尺刻度（ 如 161.20mm ） ; 在测量线输出端，拆下短路板，换接上感性膜片和匹配负载； 调节测量线探头座，向信号源方向移动，找出波节点 （即选频放大器的指示为最小处）,读出标尺值，并记录 （ 如 156.60mm ） ; 测出“感性膜片 +匹配负载”的驻波比 （参考实验五 ），例如 p - 1.9 ; 相关数据 计入表 6-3. 用式 （6-5 ） 计算归一化负载阻抗。*或采用阻抗圆图计算：根据阻抗圆

8、图的原理，可在阻抗圆图上标出移位值；女口 l =d/?g ）=4.6/44.70- 0.10 其中 d =161.20-156.60=4.6 为波节点的移位值将阻抗圆图标尺顺时针方向旋转，并对在（如0.103 ）处，在圆图标尺 K刻度上找出p- 1.9的交叉点，读出实轴值 （为 0.70） 和虚轴值（为 0.45） ，并得出归一化阻抗 z=0.7-j0.45 。）四、实验结果及数据处理表6-1波导波长测试数据（同实验五中的数据）第1次测量:1d min 1 (di d2八 102.66m m21 g (d3 d4)= 124.44 mmd min 22_2 dmin 2 -dmi n1=43.

9、56mm第2次测量:1d . min 1(d1 d2)=102.7mm2'g=2 d min 2 d min1二 43.56mm1gd. cmin 2(d3 d4)=124.48mm第3次测量:1d min 1(d1 d2)=:102.68m m22 dd扌L gmin 2 d min1d min 21g (d3 d4)：=124.45mm=43.54mm200205205 十 53125 130 130=43.55mm、位置读数测量次接短路板时波节点的起始位置dmi n0接容性膜片时波节点的位置dmi n接容性膜片时波腹点的位置1 max接容性膜片时波腹点的位置Imin1124.30

10、mm106.38mm200uA125uA2124.28mm106.36mm205uA130uA3124.40mm105.70mm205uA130uA表6-2容性膜片测试数据max|max1 Tmax2 : T maxnminlI亠|亠Imin nmin 1 min 2=0.114探针初始位置dmi!o =79.96mm置读数测量次数、d1d2d3d4dm in1dmin 2198.54106.78119.84129.04103.00123.54298.56106.84119.86129.10104.38123.14398.58106.78119.80129.10103.66123.56注：上表

11、中dmini和dmin2为实际测量值min 0空 LmA0j24.32mm106 38dminio6.36 g =i06Ammdmin1 "min -dmin 0 一 - 18.29mmdminn 二丄（ 2 n 1 ）匕4二 一 0.853=AejJo.114e? 853'g l -min 1 -3.492mm4飞-144.27g 43.55 101 - j ?tan :d min1 - Zij tan - : dm叩1-j1.258tan144.27 0.105681.258 -jta n144.27 0.105681j3.315= 1.172 3j0.1791.258j

12、2.635由归一化阻抗可知， 为容性表6-3感性膜片测试数据、位置读数测量次数、接短路板时波节点的起始位置dmi n0接感性膜片时波节点的位置dmin接感性膜片时波腹点的位置| max接感性膜片时波腹点的位置I min1124.30mm141.84mm265uA100uA2124.28mm141.98mm270uA100uA3124.40mm142.00mm270uA100uA=0.241依 30 依 28 饭 40 =124.32min 0空=141.94dmi nmax|max1 Tmax2T maxn265270 270minII川1min 1 min 2min n100 100 1001.638nmin 1ddmin dmin 0 一17.62'g .' g-dmi nn】n -4 - 4.1-5.0841八=rie*=0.241ej5'084g 八28.507mm42-3 =144.27g 43.55 10 - 31 - j "an :d mim-j tan '-d min11.638 - j tan 144.27 0.0285071-i1.638ta n144.27 0.02850