微波技术基础实验指导书

微波技术基础实验指导书

目录

实验1微波测量线的使用........................................92

实验2电压驻波比测量............................................97

实验3阻抗测量与阻抗匹配.....................................102

实验4二端口微波网络参量测量.................................107

实验1微波测量线的使用

实验目的：

了解3cm微波参数测量实验系统，学会正确调整和使用测量线；掌握使用谐振式频率计（波

长表）测量频率的方法；掌握波导波长测量方法；掌握直接法测量驻波比。

一、微波测量系统的基本组成

主要由三部分组成：

等效电源部分，包括微波信号源、隔离器：

测量装置部分，包括测量线、待测元件（如定向耦合器、介质片）、调配元件（如阻抗匹配

器）、辅助元件（如终端短路器、匹配负载、可变衰减器）；

测量指示器部分，包括选频放大器、频率计、功率计、检波器、示波器。

各主要器件的使用及功能介绍见前面的"实验理论基础、实验设备介绍

二、使用谐振式频率计（波长表）测量信号频率

实验装置：

实验）

实验步骤：

关闭所有电源开关，按上图•所示的框图连接微波实验系统。

打开所有电源开关之前，将可变衰减器倜到最大衰减，以免开机后选频放大器指针超出量程，

使表头产生机械损坏。

打开选频放大器电源，“频率”选择开关选择"1kHz”（500Hz-1100Hz）或者"宽带"（40CHz-

10kHz）（为减少干扰和噪声对系统的影响，建议尽量选择建议选择窄带方式“1kHz"）。”量程〃

开关置于“xl0〃位置，“增益〃放在较小位置，“输入电压〃纽调放至中间位置输入电压〃步进

开关置于较大位置。并检查此时在没有输入信号的情况下指示是否为零。

打开微波信号源电源，选择“方波”（频率1kHz）调制，缓慢调节"频率”到•个合适的值（表

头显示频率与真实频率的误差，大约在40MHz以内）。预热15分钟左右，以使输出撅率更

稳定。

调节可变衰减器，左右移动波导测量线探针位置，适当调整增益等，使选频放大器指示值在

表头中间偏右的位置。

如果选频放大器的“频率〃选择开关置于“lkHz〃（500HZ-1100HZ）,则在寻找合理指示值时，

还需微调“频率”细调旋钮，以使得选频放大器的低频方波信号与微波信号源方波同频，当同

频时获得输出最大值。

慢慢旋动频率计（波长表）在10GHz附近转动。当转动到选频放大器的输出幅度明显降低,

在降低到最低的频率时，就是所测信号源的频率。读出比时波长表上的读数，再从频率与刻

度对照表上查出此时对应的频率。由于频率计的测量精度是小于0.3%,所以这种测量的精

度是很高的。

最后，在读完数后调节频率计（波长表）使其失谐，以免影响后面的实验内容。

三、使用3cm测量线测量波导波长,

实验装置：与上面的相同。

实验步骤：

1）〜4）与上面的1）〜4）完全相同。

调节可变衰减器，左右移动波导测量线探针位置，适当调整增益等，使选频放大器有合理指

示值。

合理是指下面步骤中左右移动波导测量线探针位置时，选频放大器的指示既不超出量程，又

不会太小。

如果选频放大器的"频率”选择开关置于“1kHz"（500HZ-1100HZ）,则在寻找合理指示值时，

还需微调"频率〃细调旋钮，以使得选频放大器的低频方波信号与微波信号源方波同频，当同

频时输出最大值。

左右移动波导测量线探针位置，用选频放大器测出波导测量线位于相邻波腹和波节点上的位

置，即可得到波导波长4。注意：

测量线探针位置尽量沿同一个方向移动，以减小回差带来的误差。

采用“平均法〃或“交又读数法〃找出两个相邻的最小点位置口和D2，即：移动探针在驻波最

小点左右找出两个具有相同幅度（由选频放大器读出）的位置力和dz，然后取其平均值、

即为所需的最小点位置D】，用相同的方法找出相邻的最小点Dz，如下图所示：

_lx_

Di工

求出最小点位置6和Dz：r>,=+〃22=T

'2

相邻两个最小点的距离即为半个波导波长4二2|。

参考上面的频率测量结果，验证所测得的波导波长儿的结果正确性。

（注：由于百分表的量程小于半个波长，所以此实验中不能借助使用用百分表增加测量精

度。）

四、使用3cm测量线测量电压驻波比0（小驻波比）

说明：本测量方法适用于。不大（如0<3）的情形，此时晶体检波满足平方律检波。

实验装置：与上面的基本相同。

为满足夕不大的条件，负载终端不能是开路或短路（夕=00）。

建议负载终端采用单螺调配器+匹配负载（夕<3的经验值：单螺调配器的探针深度指示为

6附近，单螺在调配器上的左右位置为25附近）

则测量误差较大。因此，对于大、中驻波比，将采用等指示度法、功率衰减法等进行测量。

一、等指示度法测量单螺调配器的驻波比

基本原理：

传输线上的两点的场强大小之比可由反射系数、它们间的相对位置（决定相对相位差）来

决定；而两点间的场强之比可由检波器测量（检波器反应了测量点场强和输出电流的关系）。

因此由检波器可以测出驻波比（大小驻波比均可）。

等指示度法是通过测量驻波图形在最小点附近的场强分布规律，从而计算出驻波系数。如图

所示。

驻波节点附近驻波分布曲线

在驻波电场分布图形上，任一点相对入射波的相对场强为:

夕=*=+2|r|cos（3_2/"）

（p-2二=汽

在最小点处，巾min=乙，相对场强为：

根据晶体特性：

心=（心）=（1一「|）（在平方律检波条件下n=2）

从最小点向两侧移动探针，使电表读数均为最小点读数的K倍（通常取2）,设等指示宽度

2乃WW

为W,则。二°min-27"'=°min士2

421耳，由上式可得该处场强为:

E'=(l+|r|：-2|r|cos(2^FP/2)7

=［（i+|r|'-2|r|cos（2.w/^A,）p

由检波特性得：

《•&=卜+|四-本曲（2皿/船「

比较上两式得到：

L〃」+W一洞8sg"幻

（1山丫

引入三角公式23—2花上式经变换后得到:

p=----------------------------

sm(?nv“)

式中长=测■点”也的读数,通常取仁2,n为检波律，通常取n=2(因为在最小读数附近),

最小点读数/mi,

W=D2-D],称此种方法为“二倍最小值法〃或"三分贝法”。上式可以简化为：

P=。+—；-------

'sin”(mv/4)

sni(m>/—

对于p”0时，由于W很小，4,因此上式可简化为:

7TW

W_

可以看出，驻波系数p随着人的减小而很快的增加，因此，W与入g值的测量精度对测量

结果影响很大，如取入g=36mm,p=50,RlJW=0.23mm,这对于0.很mm的测量精度,误差

仍在5%以上，如果p更大，则误差也更大。特别是测量大驻波系数时，测量W与入g必须

使用高精度的位置指示装置(如百分表等)。测量线探针移动时尽可能朝一个方向，不要来

回晃动，以避免测量线齿轮间隙的“回差”，测量节点位置时，必须采用交叉读数法以减小误

差。

实验装置:

实验步骤：

关闭所有电源开关，按上图一所示的框图连接微波实验系统。

调节单螺钉调配器的单螺钉的穿深度约为7mm。

打开所有电源开关之前，将可变衰减器调到最大衰减，以免开机后选频放大器指针超出量程,

使表头产生机械损坏。

打开选频放大器电源，“频率”选择开关选择"lkHz〃(SOOHz-UOOHz)或者"宽带"(40CHz-

10kHz)(为减少干扰和噪声对系统的影响，建议尽量选择建议选择窄带方式“1kHz")。“量程”

开关置于。10〃位置，"增益"放在较小位置，“输入电压〃纽调放至中间位置，“输入电压”步进

开关置于较大位置。并检查此时在没有输入信号的情况下指示是否为零。

打开微波信号源电源，选择“方波”（频率1kHz）调制，缓慢调节〃频率〃到一个合适的值（表

头显示频率与真实频率的误差，大约在40MHz以内）。预热15分钟左右，以使输出频率更

稳定。

调整可变衰减器，适当调整增益等，移动测量线探针位置至驻波节点，使选频放大器指示

值在表头略小于中间的位置（中心偏左），读取驻波节点幅值Imin。

如果选频放大器的“频率”选择开关置于"lkHz〃（500Hz-1100Hz）,则在寻找合理指示值时，

还需微调”频率〃细调旋钮，以使得选频放大器的低频方波信号与微波信号源方波同频，当同

频时获得输出最大值。

缓慢移动测量线探针位置，在驻波节点两旁找到指示读数为2lmin的两个等指示度点，精确

读出这两个等指示度点的位置dl和d2,并记录下来，计算W=|d2-dl|。

误差对测量精度有严格的要求；（见前面原理分析）

必须使用百分表；

测量线探针移动时尽可能朝一个方向，不要来回晃动，以避免测量线齿轮间隙的“回差

重复步骤6）,7）共3次以上，然后求平均W。

采用实验三介绍的波导波长测量方法测量Ago

根据公式mv计算驻波比。

功率衰减法测量单螺调配器的驻波比

基本原理：

功率衰减法是一种简便准确的驻波测量方法，适用于任意大小驻波比的测量，其测最精度与

晶体检波律、测量放大器的线性无关，而主要取决于衰减器的校准精度和测量电路的匹配情

况。在测量精度要求很高时，应先对电源方向进行调配，并选用高精度的衰减器。功率衰减

法测驻波系数的实验连接如图所示。

功率衰减法测量驻波比

其方法是利用可变衰减器则量驻波最大点和最小点的电平差。由电平差（分贝差）来算待测

器件的驻波系数。其原理如下：

设信号源送入标准衰减器的入射波为帜弓,通过波为区1,由待测元件产生的反射波为

印和旧耳

在测量线上形成驻波分布。

把探针放置在最小点上，设指示器的读数为Imin,电场为Emin,标准可变衰减器的读数Amin

表示式为：

月…=20题g

因探针在驻波最小点，此点电场振幅为:

1「|)

=2010go-M)

保持信号源的输出功率不变，再把探针置尸驻波最大点，增大标准衰减器的衰减最，使指示

，而通过波则为闽

器的指示值仍为Imin,设此时标准衰减器的入射波仍为，有:

…。咽闽

而驻波最大点电场振幅为:

I纥小闾(i+|r|)

Mr

Anu=2010g1+玮

比较上面式子，考虑到探针在最大点和最小点指示器的读数均为Imin,故有|Emax|等于

IEmin|,并根据1一日，则有：

i+|r|

4”一4=20log丁下j

1-

=20logp

Ana*—Anii

P=l()2)

所以:

由以上分析可知，如果说等指示度法把驻波系数的测量转化为长度测量的话，那么衰减法则

是把驻波系数的测鼠转化为衰减的测审。

实验装置：

与前面的等指示度法相同3

实验步骤：

〜5)步骤：与前面的等指示度法相同。

调整可变衰减器，适当调整增益等，移动测量线探针位置至驻波节点，使选频放大器指示

值在表头略大于满刻度的羽。读取此时的驻波节点对应的选频放大器指示值Imin及可变衰

减器的衰减量Amin。并记录数据。

如果选频放大器的“频率〃选择开关置于"1kHz”（500HZ-1100HZ）,则在寻找合理指示值时，

还需微调”频率〃细调旋钮，以使得选频放大器的低频方波信号与微波信号源方波同频，当同

频时获得输出最大值。

缓慢移动测量线探针位置，并跟踪调整可变衰减器，使选频放大器指示值不超过满刻度，直

至探针移到驻波腹点处，仔细调整可变衰减器的衰减量，使得选频放大器指示值仍为lmin.

读取此时的可变衰减器的衰减量Amax。并记录数据。

根据公式「一1070计算驻波比。

实验报告特别要求：比较两种不同方法的实验结果，并分析讨论。

实验3阻抗测量与阻抗匹配

实验目的

掌握用测量线测量微波元件阻抗的原理和方法，熟悉阻抗圆图在阻抗测量中的应用。

熟悉阻抗匹配的作用，学全用阻抗调配器对失配元件进行调配。

一、实验原理

1、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，因而不可能象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问，因而一般开不进行阻抗绝对值的测量。

经常遇到的实际问题是电遨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：

2_Z_Z£cospd-jZcsin0d

ZcZccospd+jZLsinfld

上式中，乙为特征阻抗，石为负载阻抗，d为传输线的该点到负载的距离，£=2万/4。

_1

在电压最小点，即：1=次10时，有Zmin=-，代入上式可解得归一化负载阻抗为：

P

2JJjpigBdmz

'ZcpTg0dmm

由于夕=2%/乙，这样加、p、dmm就是确定负载归一化阻抗的三个参数，即阻抗测量就

归结为对上述三个参量的测量。

2、确定驻波最小点位置dmin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dmin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2n•入g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"。实际测量过程如图所示。

F待测元件

等效面法测dmin的原理图

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（a）中所示，元件的输入参考

面（如图上Dmin标注处）与终端负载的距离为Dmin,用测量线测出其输入驻波系数p,记

录波节点在测量线上的位置Dmin（Dmin=+），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D「如图（b）所示。从图中可以看出，因为

所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小4,根据小4阻抗

22

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dmin,如图（C）,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，

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下图所示。

用阻抗圆图计算负载阻抗

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P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P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dmm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p

圆逆时针方向（即朝负载方向）转过4面/4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乙。

3.匹配负载法测定膜片的电纳

在波导中放置中间开有窗口的全金属片称为膜片，当膜片的厚度满足6<<t<Cg时（6为膜

片的趋肤深度，入g为波导波长），其等效电路为一并联电纳F=存+J月，通常膜片的损耗

很小，电导分量G可以忽略，因此有F=/耳。膜片电纲可用驻波法测出。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：Yin=\+jB,从而得到膜片的归一化电纳值8,其精度取决于

匹配负载的匹配性能。

4、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，微波源工作乜较稳定等，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度，在精密测量中，往往对阻抗匹配提出很高

的要求，电压反射系数由公式：

「一乙-乙

可知，当工Z。时，即阻抗不匹配，就会产生反射，所以掌握匹配的原理和技巧，对分析

和解决微波技术中的实际问题具有十分重要的意义。

在小功率时构成微波匹配源的最简单的办法是在信号源的输出端口接一个衰减器或一个隔

离器，使负载反射的波通过哀减进入信号源后的二次反射已微不足道，可以忽略。匹配的基

本原理是利用一个调配器，使它产生的附加反射波，其幅度和失配元件产生的反射波幅度相

等，而相位相反，从而抵消失配元件在系统中引起的反射从而达到匹配。阻抗匹配的装置与

方法很多，可以根据不同的场合要求灵活选用。对于固定的负载，通常可以在系统中接入隔

离器（主要用于源端匹配）、膜片、销钉、谐振窗等以达到匹配目的；而在负载变动的情况

下，可接入单螺钉调配器，EH阻抗调配器，短截线等类型的调配器，下面就以实验室常用

的单螺钉调配器介绍其阻抗匹配原理及方法。

在一段开槽波导段宽边中心装置一个位置可移动的螺钉，而螺钉伸入波导里的深度可调，就

构成可移动的单螺钉调配器，它是利用螺钉产生适当的电纳达到匹配目的，其调配原理由下

图说明。

调配原理图解

设系统终端的归一化导纳为匕，在圆图上处于位置A点，移动单螺钉，现在要找到这样一

个位置，在这个位置参考面上，向负载端看入的输入导纳为％=1土/月，在圆图上相当于

从A点沿等p圆移动距离d到等p圆与6=1圆的交点B（图上B点导纳值为1土/耳），在

这个位置上改变螺钉深度，在螺钉插入深度t<Xg/4时，其作用相当于在传输线上并联了一

个正的电纳（为容性的），再改变螺钉的深度，即能改变容性电纳值./月，这相当于在输入

端并联一电纳值，使之与原来的电纳值相加抵消。此参考面上总的导纳为1,实现匹配。在

圆图上相当于从B点沿6=1的等。圆移动到原点，即匹配点，从而使系统达到匹配。如果

滑动单螺钉调配器的长度可以半波长范围内变化，同时调节螺钉深度提供的并联电纳可以

0〜8之间任意调节;则该调配器能对任何有耗负载调配，故理想情况下没有禁区。

二、实验装置

测量线位置不变，后改接"短路器〃，用交叉读数法测量测量线Dmin相邻的右边或左边波节

点位置DT,计算dmin=Dmin-D「并另找一个与DT相邻的波节点，以确定波导波长入g：

根据实验原理，用圆圆和公式两种方法处理数据，求出负我的归一化阻抗，分析实验结果。

2.用滑动螺钉进行阻抗匹配

方法（D：用单螺钉调配器调配"失配负载”

测量线后接"失配负载"，用直接法（或等指示度法）测量其驻波系数Pi。

测量线后换接上接有匹配负载的单螺钉调配器，调节螺钉深度，使其驻波系数仍等于内。

保持单螺钉调配器的螺钉深度及其位置不变，测显线后依次接上单螺钉调配器，“失配负载”,

移动单螺钉调配器的螺钉位置，使其驻波系数p<1.05.

方法（II）:测量线终端依次接上单螺钉调配器、失配负载，使调配器的单螺钉稍伸入波导，

然后调节其位置，并用测量线跟踪波腹点或波节点，直到单螺钉在某一位置时，驻波的波腹

有下降，或波节点值有上升的趋势。然后反复调节螺钉穿伸度，微调其位置，用测量线跟踪

驻波大小，直到驻波系数p<1.05止。

实验4二端口微波网络参量测量

实验目的

掌握用“三点法"和"短路活塞法"（即图解法）测量任意二端口网络散射参量的基本原理与测

量技术，加深对网络参数的认识。

一、实验原理

网络参量虽然在原则上可以计算出来，但一般比较复杂和困难。工程设计上往往采用测量的

方法来确定微波网络的参量。

传输型微波器件的网络表示形式很多，诸如阻抗参量（Z）导纳参量（Y）、散射参量（S）

等。微波频段通常采用（S）参量，因为它容易测量，并通过计算能转换成其他参量，如1Y）、

（Z）、电压驻波系数等。

散射网络是联系微波器件输入端的入射波和反射波与输出端的入射波和反射波之间相互关

系的网络。它可以简单地用描述网络特性的散射系数Si】、S】2、S21、S22标准的方框来表示，

如下图所示，图中ai、a?分别为输入端和输出端向内的入射波，b】、bz分别为输入端和输出

端向外的反射波。可用线性代数方程表示：

bi=Snxai+Si2xa2

b2=S2ixai+S22xa2

图1散射网络示意图

式中Sn、S12、S2】和S22组成（S）参量，它们的物理意义分别为:

•SH=—I"2"或也配："2"端［兀配，"1"端的反射系数

q

S2I=-I“2"端鹏："2"端匹配，T端至“2〃端的传输系数

席二2|丁熟配："1〃端匹配，"2”端至”1〃端的传输系数

生

S22=-^-|丁枷配：“1"端匹配，"2"端的反射系数

测量微波网络（S）参数的方法很多，本实验主要用三点法及短路活塞法测量二端口的网络

的（S）参数。

1、三点法

三点法是通过三次独立的则量所得的数据来确定互易双口网络参量的方法。

对于互易的两端口网络。Sl2=S21则只有三个独立的参量Su、S22、S12,而这三个参数可由三

次独立的测量来确定。

设输出端口接有已知的负载，则它在参考面T2上的反射系数按定义为：

「2啜

是已知的，这时输入端的「参考面上的反射数「I按定义为：

将上两式代入前面的方程组，经整理后可得:

r=——--+s

,-1--s»

r31

由上式可见：为了确定Sn>S】2、S22三个参量，可以在输出端口T2上分别接上三种不同的

负载，例如可以Tz参考面上分别取：

短路「2=」,设这时的「正「is

等效开路「2=1,设这时的「任「10

全匹配「2=0,设这时的「i=Gz

因此得：

+1)-2rlz

「10-「is

o+-2「iJi,s

73十°ll02：

对于对称网络还有S11=S22,因此对这种互易、对称网络只有两个独立参量，且有:

r+r

S=5=——!----；——

nn2+（r「1）

小,（Lm,

2+（…）

输入端面反射系数「1的测量方法：

图2输入、输出端面的等效位置

根据传输线的人/2重复性特点，对输入、输出面进行等效。上图由为待测网络输入端面在

测量线上的等效位置。卜为网络输出端面在可调短路器上的等效位置。

因为「1=「上阳，首先测量驻波系数p,则

然后测量由左边（向波源一边）相邻驻波节点位置dmn对反射系数的相角而言，离波源越

近，相角越滞后，故

式中:

三点法只需三次数测量就可以测出双口网络的S参量，测量步骤相当简单，但是三次测量中

任何一次测量数据的误差对于网络参量测量的准确度都有很大影响，因此，这种方法的误差

较大。

2、多点图解法（即“短路活塞法"）测量双口网络的散射参量

为了克服三点法误差较大的缺点，可以采用多点图解法，这样可以通过多次测量获得较多的

数据，从而可以减少在测量中由于偶然因素引起的误差。目前，它是一个通过数据平均途径

直接求取任意四端网络的数射系数的唯一方法。

如最前面的图所示，如果在网络输出端接上滑动短路活塞，随着活塞的移动，在反射系数复

平面上，「2圆上的轨迹将是半径为1的圆，根据复变函数的双线性保角变换原理，双口网络

输入端T2平面上的反射系数「2可以直接测出。因此这个「2圆是可以利用测量数据画出来。

测量时，在Ag2/2的行程中取K个测量点(K为大于4的任意偶数，一般取为8)按Xg2/K

的间隔等距离地移动短路活塞，逐点记下其相应的位置，并分别测出其相应的输入参考面

T】上的反射系数I的值。将测量数据在反射系数的及平面上分别一一标出。画出「I圆后，

其圆心C和半径R当然就可以用作图法求出。

(i)”镜象圆心的确定

确定“镜象圆心〃0'的几何方法有两种：

方法一：如下图(a)所示。过「】圆上的两对变换点1，、3,和7、4,作「】圆的切线，以相应两条

切线的交点D和E为圆心，分别是作通过变换点1，、3\2\，的圆弧，这两个圆弧的交点0,

就是“镜象圆心〃。如果以更多的变换点作出更多的圆弧，以交点的平均位置作为0'，则"镜

象圆心”的确定就更准确。

图3确定镜象圆心的几何方法

方法一：如上图(b)所示，过「1圆上的两对变换点1'、3,和2\中作直线，其交点标注为。，

连接5c并在点C和0向相反方向作垂直于5C的直线，分别与的圆周交于K和L点，连

接KL与万C相交于。点，则就是所求的“镜象圆心〃。

方法三："镜象圆心”0”的位置也可以用测量的方法确定。因为0'点就是对应于「2=0的圆心0

的变换点，所以终端换接匹配负载，测最输入端反射系数，所得结果画在图中即0'点,

(ii)S参量的幅度

求S参量的幅度的作图方法如下图所示。

图4确定散射系数模值的图解法

将0（直线延长交「I圆于，点和F点，再过0,点作P下的垂线交「1圆于H点，连接CH直线

和09直线，度量各种直线的长度，以及「1圆的半径R（所有长度都是单位圆半径的相对长

度计算）由此，可得互易双口网络S参量的幅值为：

品1=|而|

(4)

（iii）确定S参量幅角的图解方法

S参量的幅角也可用作图法确定，如下图所示。

图5确定散射系数幅角的图解法

为此，可以根据任意一个测量数据点作参考，例如可选输出开路点（「2圆上的1点，设为P

点）。此点在「1圆上的变换点设为，点，连接并延长交「1圆于Q点，连接QC并延长

交「I圆于P”;连接0（并延长交「I圆于F点，过C点作实轴的平行线，交「I圆于A点和B

点，可以证明S参量的幅角为：

①“=arg4£POO'

①”=arg522=4FCP”

尸”

①i2=aig5I2=；/AC

(5)

如果知道待测网络的性质，就会使测量大为简化，使测量步骤减少，同时在作图中也会使图

形有相应的变化。如：

互易对称网络，即S1kS22,则「2圆中的0、。'和C三点便在一条直线上。

短路活塞法仅适用于有耗网络，对于无耗网络，则”确定散射系数模值的图解法〃图中R=l，

且C点与0点重合。

三、实验装置

四、实验步骤

1、测量线终端接短路板，用“交叉读数法”测出两相邻波节点位置，计算出测量线中的波导

波长入gl,并确定和记录一个等效参考面位置由(波节点)。

2、测量线终端改接为可移动短路活塞，并按下述步骤确定被测网络的输出端Tz在短路活塞

上的刻度值ST。

(i)将测量线探针准确地置于由(原波节点)位置，移动短路活塞，使在测量线上为驻波节点

仍旧位于小，这时等效于在测量线的输出端位置上直接接上步骤1的短路板。在可移动短

路器上，按“交叉读数法”确定这时短路活塞的刻度值ST。这一刻度值就被定义为被测网络的

输出端刻度值。也就是使网络输出端短路时的活塞位置的刻度。即S忸*ST。

(ii)继续移动短路活塞，使探针在由位置再次出现驻波节点，并按“交叉读数法〃确定这一相

邻波节点在短路活塞上的刻度值。计算出此时短路器中的波导波长加2。

(iii)计算：使网络输出端开路时，短路活塞的位置刻度值为：S开路=57+今

3、加入待测元件“滑动单螺钉+可变衰减器”，用三点法测量待测元件的散射参量。

(a)在步骤2的测量线与可调短路活塞中间接入待测元件(滑动单螺钉+可变衰减器)。使

滑动单螺钉位于正中位置，螺钉穿伸度约为6mm,可变衰减器衰减衰减值为l~22dB；

(b)短路活塞置于ST位置，即待测元件处于输出端短路状态。用等指示度法测量待测元件

输入端驻波系数ps：用交叉读数法测出由左边相邻驻波节点位置dmin，按前面公式