《微波技术与天线》实验指导书

微波技术与天线实验指导书南京工业大学信息科学与工程学院通信工程系--PAGE19-目录实验一微波测量系统的熟悉和调整291217实验一微波测量系统的熟悉和调整一、实验目的熟悉波导测量线的使用方法；掌握校准晶体检波特性的方法；观测矩形波导终端的三种状态（短路、接任意负载、匹配）时，TE10场分量沿轴向方向上的分布。二、实验原理传输线的三种状态对于波导系统，电场基本解为E r

V0 eiftrln(b/a)

rm

eift当终端接短路负载时，导行波在终端全部被反射――纯驻波状态。 E Ey y0

sin( x)eiftEa y

sin( x)eifta在x=a/2处E E (eifteift)2E sinzy y0 y0其模值为：E 2E sinzy y0最大值和最小值为：ErErmin

2Er00终端接任意负载时，导行波在终端部分被反射――行驻波状态。 E E sin( x)eiftE

sin(

eifty y0 a在x=a/2处

y0 aE y

efitE'y0 y

e

(E

eiftE'y0 y

efit)(E'y0

efit

E'y0

efit)(Ey0

E'y0

)eift2E'y0

cosz由此可见，行驻波由一行波与一驻波合成而得。其模值为：(E E(E E' )2cos2z(Ey0 y0 y0E' )2sinzy0y可得到最大值和最小值为：EyEymin

E E'y0 y0E E'y0 y0终端接匹配负载时，导行波仅有入射波而无反射波――行波状态。E E eifty y0其模值为E Ey y0位置，都可以观测到测量线中不同位置的电场强度（复振幅大小示读数。1是探针所在处电流。任一位置处I这种关系可通过对二极管定标而确定。所谓定标，就是找出电场的归一化值|E’|与I的对应关系。E'

EEmax我们知道，当测量线终端短路时：E2E0

sinzEmax

2E0E'sinzsin2dg（波节点d2E'sin dg晶体二极管上的检波电压u正比于探针所在处|E’|。所以上式可用u的归一化值u’来表示。即：u u'

umax

sin dg晶体二极管的检波电流I与检波电压u之间的关系为：Icun式中c为比例常数，n为检波率。nIc'sin dg式中c’为比例常数。作状态。ypgpjbp。其中gpbpgp的gpbp将造成误差。为了减小测量误差，必须要减小或消除gpbp的影响。减gpbp探针的调整办法：取较小的探针插入深度。将测量系统短路时，将探针移至相邻两个波节之间正中位置（点上bp已达到最小。需要指出的是，当信号源的频率或探针插入深度改变时，必须重新对探针进行调整。三、实验仪器及线路图指示器短路器指示器短路器信号源隔离器测量线匹配负载任意负载图1－1四、实验内容与步骤调整测量线XB9A20分钟左右信号输出稳定。1－1连接实验线路图（接短路器。调节探针位置，使指示器读数为最大（此时探针位于波腹点。2/3量程以上。绘制晶体定标曲线用交叉读数法测量波导波长λgDmin（d起始位置1－2所示。10（包括波节点和波腹点DminDili。IIλ/2g2λ/2g1 D”min2D’min2D”min2D’min2Dmin3Dmin2Dmin3Dmin2Dmin1图1－2测绘终端三种负载时的分布110Dili。测量线终端接任意负载，重复步骤（1；测量线终端接匹配负载，重复步骤（1。五、数据处理晶体定标计算波导波长λgD' D''min12min1D' D' D''min12min1D' D''min2 min22g min1

D''min1

)(D'min

D'' )min21(mm)D’min1Dmin1

2(mm)D’min2Dmin2

λg3(mm)相对电场强度探针位置（mm）相对电场强度探针位置（mm）singl0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.02测量点与波节点相对位移L(mm)d+L(mm)(uA)0.0=λg/63=λg/31.3=λg/20.6=λg/15.3=λg/12=λg/9.8=λg/8.1=λg/6.8=λg/5.6=λg/4=λg/2-λg/5.6=λg/2-λg/6.8=λg/2-λg/8.1=λg/2-λg/9.8=λg/2-λg/12=λg/2-λg/15.3=λg/2-λg/20.6=λg/2-λg/31.3=λg/2-λg/63=λg/2=终端负载:开路、任意负载（各1份表格）探针位置（mm）测量点与波节点相实际位置d+L(mm)对位移L(mm)0.0=λg/63=λg/31.3=λg/20.6=λg/15.3=λg/12=λg/9.8=λg/8.1=λg/6.8=λg/5.6=λg/4=

电表读数I(uA)

相对电场强度λλg/2-λg/5.6=λg/2-λg/6.8=λg/2-λg/8.1=λg/2-λg/9.8=λg/2-λg/12=λg/2-λg/15.3=λg/2-λg/20.6=λg/2-λg/31.3=λg/2-λg/63=λg/2=di及|E’|d DDi i min2E'sin dig|E’|分布：li对应的|E’|i;在直角坐标纸上绘出三种状态的|E’|i~Di分布曲线。六、思考题测量线的使用中应注意什么问题？为什么？如果要实现终端开路，将测量线后直接开路是否可以？为什么？实验二电压驻波比的测量一、实验目的掌握用直接法测量中、小电压驻波比。二、实验原理电压驻波比的测量是微波测量中最基本、最重要的内容之一。测量线的一端接上信号源，另一端接上负载阻抗后，便会在测量线里形成驻波。驻波的大小可以用驻波比来表示。EmaxEminE'maxEmaxEminE'maxE'min式中|为电场的归一化值（相对场强）。直接法测驻波比就是直接测出测量线上最大场强（实际测出的是与它对应的检波电流）和最小场强（实际测出的是与它对应的检波电流）。从而由公式计算出S。由于测量线槽内插入探针后，探针电导的存在吸收功率，从而使驻波比的测量值小于真值。所以，在满足指标要求的情况下，要尽量减小探针穿伸度。而探针的电纳将使驻波发生畸变，即驻波的波腹和波节位置发生偏移。在我们实验中所使用的功率电平范围内，一般可近似地认为是平方率检波即：ImaxImin

CE'2maxCE'2min式中C为比例系数，则：ICmaxE'ICmaxICICminE'minImaxIminImaxIminS maxE'min三、实验仪器及线路指示器被测负载指示器被测负载信号源隔离器波长计测量线短路负载图2－1四、实验内容及步骤2－1参数。Imin。五、数据处理E'maxE'min根据Imax与Imin，由晶体定标曲线查得相应的|E’|maxE'maxE'minS计算S，并与由ImaxImaxImin计算得到的S进行比较。驻波比S

指示器读数 相对场

查定标曲线 平方率检波六、思考题同，如果有不同，请考虑一下引起这个的原因。考虑一下用其他测量电压驻波比的方法。实验三微波阻抗的测量与匹配一、实验目的smith圆图的应用。掌握利用阻抗调配器进行阻抗匹配的方法和技巧。二、实验原理阻抗测量由于微波系统阻抗的概念不是唯一的，所以一般并不进行阻抗绝对值的测量，而是测量其归一化阻抗。smithSLmin1图求得归一化阻抗~。L~L0L0Lmin1图3－1在这三个数据中，由于测量线的结构限制，直接测量终端负载到第一个驻波Lmin13－2(a)dT分布如图3－2(b)所示，用测量线测得dT左边（向信号源方向）第一个驻波波节点位置dmin就是离终端负载第一个驻波波节点的位置。所以Lmin1=|dmin-dT|(a)(a)~L(b)ddmindT图图3－2阻抗匹配E－HTT（波导系统）和三枝节调配器（同轴系统）对负载进行调配。调配过程的物理意义为：调节调配器，使它产生一个反射波，抵消“失配负载”在系统中引起的反射。THE路器，装有短路活塞，改变活塞在臂中的位置，即可改变接头处的电抗值。调节这些臂的短路活塞位置，可以对除纯电抗负载外的任意失配负载阻抗进行调配。E臂活塞，使驻波系数减至最小。Hρ<1.02E臂和H臂的活塞，才能将输入驻波系数降低到很小的程度。从T调配器除了纯电抗的负载外，任何其他负载阻抗都可以调到匹配状态。三、实验仪器及线路阻抗测量指示器被测负载指示器被测负载信号源隔离器可变衰减器波长计测量线短路负载图3－3指示器信号源指示器信号源隔离器可变衰减器波长计测量线调配器负载图图3－4四、实验内容及步骤测负载阻抗3－3连接测量线路，并调整测试系统。按测量线终端接上短路器，用测量线测出λgdT。dTdmind’min。则终端负载输入端到第一个驻波波节点的距离为：Lmin

(d

min

d或T

(dT

d' )minImin，按下式求出驻波比：ImaxIminImaxImin~将测量得到的λg，Lmin，Ssmith圆图计算负载阻抗归一化值L。在计算时应该注意：若测dT左边）查圆图时，要逆时针方向（负载方向，反之，则应顺时针方向（即向电源方向。阻抗匹配3－4连接测量线路，用最小点跟踪法进行调配（踪最小点的变化S≤1.1。五、数据处理阻抗测量阻抗测量λgdTdmind’minLminS~L阻抗匹配六、 思考题用测量线测微波阻抗应注意什么问题？用上面的方法能否验证匹配原理？为什么？实验四二端口微波网络阻抗参数的测量一、实验目的掌握任意无源二端口可逆网络阻抗参数的测量方法之一——三点法。二、实验原理如图4－1所示的被测二端口可逆微波网络，参考面T2接任意归一化负载~L，其中Z11Z12Z21Z22为被测网络归一化阻抗参数。T1T2ZT1T2ZZZinZ11Z 122122ZL图4－1由网络理论可知，被测网络的归一化转移矩阵为：a1Z

Z Z Z Z 11 11 22 12 21Z 1 Z21 22~则参考面T1处的归一化输入阻抗in为：~ Z ZZ Z m 11

21 12Z Z22 L由于网络可逆，即Z12=Z21，则~

~ Z in 11

Z2~12~Z Z22 L当L （参考面T2接匹配负载）时，参考面T1的归一化输入阻抗为：12~ Z Z212in,1 11 Z 122当~ 当L

（参考面T2接短路器）时，参考面T1的归一化输入阻抗为：~ Z2Zin,SZ11Z1222当~ 当L

（参考面T2开路）时，参考面T1的归一化输入阻抗为：~ Zin, 11联立上面三式，可解得被测网络的归一化参数：Z ~11 in,ZZ in,22 ZZ (Z (~ ~22 in,in,S)

~Z~in,1Zin,S指示器匹配负载信号源指示器匹配负载信号源隔离器可变衰减器波长计测量线被测网络可调短路器12T2T1、Z12、Z22。三点法由此而得名。如果网络又是对称的，Z11=Z12，则只需要进行两次测量即可。三、实验仪器及线路图图4－2四、实验内容及步骤由三点法测量（被测网络的归一化阻抗