北邮电磁场与电磁波测量实验报告6

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1、北邮电磁场与电磁波测量实验 报告6-驻波比-阻抗北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验报告实验内容：微波驻波比的测量 阻抗测量及匹配技术学院：电子工程学院班级：2010211203 班组员：崔宇鹏张俊鹏章翀2013 年 5 月 17 日实验三 微波驻波比的测量、实验目的1.了解波导测量系统，熟悉基本微波原件的作用。2掌握驻波测量线的正确使用和用驻波测量线校准晶体检波器 特性的方法。3掌握大、中、小电压驻波系数的测量原理和方法。二、实验原理驻波测量是微波测量中，最基本和最重要的内容之一，通过驻波测量 可以测出阻抗波长相位和Q值等其他参量。在传输线中，若存在驻波， 将使能量不能有效的传给负载，因而

2、会增加损耗，在大功率情况下，由于 驻波存在可能发生击穿现象,，此外驻波促奈还会影响微波信号发生器输 出功率和频率的稳定度，因此驻波测量非常重要，在测量时通常测量电压 驻波系数，即波导中，电场最大值与最小值之比，即(2.1)EP =maxEmin测量驻波系数的方法与仪器种类很多，本实验着重熟悉用驻波测量线测驻波系数的几种方法。1直接法直接测量沿线驻波的最大点与最小点场强如图1所示,从而求得驻波 系数的方法叫做直接法。图1沿线驻波场分布图若驻波腹点和节点处电表读数分别为I , I则电压驻波系数P:maxminmaxmaxminmin(2.2)图2节点场强分布当电压驻波系数105v P 1.5时，驻

3、波的最大值和最小值相差不大, 且不尖锐，不易测准，为了提高测量准确度，可移动探针到几个波腹点和波节点记录数据，然后取平均值。I:ax 1mini+ Imax 2+ Imin2+ . + Imax n+ . + Imin n2.3)当驻波系数1.5VPV3之间时，可直接读出I , I即可。max min2等指示度法当被测器件的驻波系数大于5时，驻波腹点和节点的电平相差很大, 按直接法求取大驻波系数会带来较大的误差，因此采用等指示度法，也就 是通过测量驻波图形中波节点附近场的分布规律的间接方法，求出驻波系 数。节点附近场的分布如图2所示。./兀 W、k2n C0S2()九p _g严W、 sm(K

4、)g(2.4) 式中k=测量点读数ki /最小点读数I，n为晶体检波律，一般n=2,minminW= i -1，九为测量线上的波长即波导波长。当k=2时(2.5)k kgp _ 1+1 兀W、 in忙)1g称为二倍最小值法。当P较大时（P$10）,由于W很小，Sin二 较小,，故公式进一g步简化为pu行 ，必须指出，W与九的测量精度对测量结果影响很兀wg大，以此必须用高精度的探针位置指示装置（如千分测微计）进行读数。三、实验步骤1. 直接法测量驻波系数(1) 按上图所示的框图连接成微波实验系统。(2) 调整微波信号源，使其工作在方波调制状态。(3) 左右移动波导测量线探针使选频放大器有指示值。

5、(4) 用选频放大器测测出波导测量线位于相邻波腹和波节点上的Umax 和 Umin。计算P。2等指示度法测量驻波系数(1) 按上图连接好测量系统，开启微波信号源，选择好频率，工作 方式选择方波。(2) 将测量线探针插入适当深度，用选频放大器测量微波的大小。 选择较小的微波输出功率并进行驻波测量线的调谐。(3) 在测量线系统中，选用合适的方法测量给定器件的电压驻波系 数。(4) 用频率计测量微波频率，并计算微波波导波长。(5) 将测量线终端接短路片，用两点法测量三个相邻波节点位置， 计算九，通过此曲线求出实测波导波长并与理论值进行比较。(本实验中g九的大小和实验二相等)g(6) 将测量线终端换接

6、调配器和晶体检波器，并将探针置于驻波节 点位置，提高测试系统灵敏度，读驻波最小点值Umin。(7) 移动探针到驻波节点两边，直到指示器读数为2Imin,读两个等指示度的探针位置11和12, W=|ll-12|,根据p= 1 + 1 算出驻I sm2k）g波系数。（8）测量不同负载的驻波比，整理数据，计算实验内容中要求的被测件的电压驻波系数。四、实验结果1直接法测量驻波系数实验数据如表1所示。第一次第二次第三次Umax (uV)475259Umin (uV)374449表1直接法数据记录因此可以求得p = 1打47+52+59 = 1.1237+44+492、等指示度法测量驻波系数实验数据如表2

7、所示。其中微波频率九g =5145mm由实验二计算得出Umin (uV)L1 (mm)L2 (mm)W (mm)21122.3114.97.4表2等指示度法数据记录因此可以求得:p = 1.7 1 +1= 1.7 11+1=2.94Jsin2 (囂)7sin2(51445)五、思考题1开口波导的PH8,为什么？如果想获得真正意义的开路，应采用 什么办法？答：开口波导的驻波系数是由外界的电磁场分布影响，并不是理想的 开路。考口旁边的物体也会对驻波系数产生影响。2驻波节点的位置在实验中精确测准不容易，如何比较准确的测量？答：通过测量两个波腹之间的多个点，从而得到曲线，由于曲线有对 称性，所以可以根

8、据此估计逐波波节的位置3讨论直接法、等指示度法、功率衰减法测量电压驻波比的特点。=JHl答：直接法测量步骤简单，但是只能在驻波比较小的情况下采用，且 精度不高；等指示度法测量步骤较为复杂，但是适合较大驻波比的测: 同时精度较高；功率衰减法适合更高的驻波比下采用。4在对测量线调谐后，进行驻波比的测量时，能否改变微波的输出功 率或衰减大小？答：不能，信号源输出通过衰减器实现，调整输出功率时可能导致阻 抗发生变化，从调谐状态变为失谐状态，引起实验误差。5在测量单螺钉驻波比时，为什么要在单螺调配器后面紧跟一个匹配 负载？答:改变单螺调配器的螺钉插入深度及沿槽的位置就相当于可调 至任何所需的电抗。加匹配

9、负载可以用于模拟各种不同的负载状况, 在不同负载下均可以进行实验。六、实验总结本次实验利用相关的一系列仪器对微波的频率、驻波比进行测 量，掌握了微波技术的基本知识和实验方法。通过实验我们了解到微 波传输系统的原理及组成，学会了微波的基本参数的测量方法，并加 深了对频率计，测量线等一系列仪器的组成及使用方法。对于各个参 数如何去测量，需要用到哪些仪器，为什么要这样做，注意事项都有 了深入的认识。实验五阻抗测量及匹配技术一、实验目的1掌握利用驻波测量线测量阻抗的原理和方法。2熟悉利用螺钉调配器匹配的方法。3熟悉Smith圆图的应用。二、实验内容1在测量线给定器件的阻抗和电压驻波系数，并观察其Smi

10、th 图。2在测量线系统中测量给定器件的ZL，并应用三螺调配器对其 进行匹配，使驻波系数小于11。三、实验原理由传输线理论可知，传输线的输入阻抗Zin与其终端负载ZL关 系为：Z = ZL +亦卩1 in 1 + jZjgBl设传输线上第一个电压驻波最小点离终端负载的距离为 lmin，电压驻波最小点处的输入阻抗在数值上等于1/ p，将l=lmin及Zin=1/ p带入上式，整理得到:ry1 jptgl iminL = Pjtgl imin所以，负载阻抗的测量实质上归结为电压驻波系数及驻波相位的 测量，当测量出驻波系数、波长、驻波相位后，就能求出负载阻抗。实际测量常采用“等效截面法”，首先将测量

11、线终端短路，此时 用测量线测得某一驻波节点位置DT，将此位置定为终端负载的等效 位置DT。然后去掉短路片，改为负载，此时用测量线测得DT左边 第一个驻波最小点的位置DA,则lmin=IDT-DAI单螺调配器即在波导宽屏深入一个金属螺钉，螺钉的作用是引入 一个并联在传输线上的适当大小的电纳，当螺钉深入的较少时，相当 于再波导传输线上并联了一个正的容性电纳，它的大小随着深度的增 加而增加。当深度达到谐振时，电纳将增大到无限大，继续增加深度， 电纳值由正变为负，呈感性。借助于导纳圆图很方便的求出螺钉的纵 向位置L和电纳jb值。四、实验步骤1按原理图接好设备，开启信号源电源，使信号源工作于最佳方 波、

12、扫频状态。2. 移动测量线探针，测量相邻的电压最小值之间的距离，以测出传输线中的波长，即波导波长。3. 短路片安置在测量线的输出端上，并记下探针指示器标尺上对应于电压最小值位置的读数DT,即为“等效参考面”。4. 测量线的终端移去短路片，并把被测器接在它的位置上。5测量u U .得到驻波比。max、 min6利用交叉度数法测出DT左侧第一个驻波节点位置DA,并计 算出Imin=IDT-DAI,应用公式z 1巴吧皿山就可求出阻抗值。L 二 P jg 卩1 min7利用滑动单螺调配晶体检波器，使驻波比小于105。五、实验结果及分析1阻抗测量实验数据记录如下表3所示。Umax(U V)Umin(U

13、V)Dt (mm)Da (mm)4119130.1147.0表3阻抗测量数据表由表格数据可得:岸=1.57219l .=|DT DA| = 147.0- 130.1 = 16.9(mm) min因此，mm1+jl.572x2.51品=EJ25T =+心2匹配调节Z1- jPtg1 miL = Pjtg1通过调节单螺调配器最终得到了近似匹配的效果，实验数据为:Umax=33 U V, Umin=27 V,因此有可见此时与匹配情况相差很小了。六、思考题1匹配元件应连接在测量系统中什么地方？为什么？答：应接在最右边。因为匹配元件几乎能吸收全部入射功率，那么如果有元件连在后 面就没有电流流过，不能正常

14、工作。2通过实验，总结匹配技巧。答：在调节匹配过程中，我们先移动测量线探针找到并记下波节 点位置，然后继续调节测量线调到波腹点，此时调节调配器位置，驻 波波腹点有所下降，波节点有所上升，直至波节点和波腹点相差不大 时，调节螺钉深度，同时用测量线跟踪驻波大小，直至实现匹配。3在各项测量中，通常采用驻波图形的波节点为基准进行测量, 是否可以采用波腹点做基准测量？为什么?答：可以采用波腹点做基准测量。因为驻波的波节点与波腹点接连出现，相邻波节点与相邻波腹点 之间距离相等，所以采用波节点和波腹点为基准想等价。七、实验总结本周进行的阻抗测量及匹配技术实验中，我们了解阻抗调配原理 及调配方法，熟悉单枝节匹配器的匹配原理，掌握Smith图解法设计 微带线匹配网络，熟悉利用螺钉调配器匹配的方法。在调节匹配负载 时，刚开始没有掌握方法，调了很久都没有调好，最后通过请教老师和同学才得到正确的实验现象。我们会更加坚持认真细心的对待实验，希望我们能在每一次实验中都得到进步。