實(shí)驗(yàn)六微波歸一化阻抗特性測量

1、.實(shí)驗(yàn)六 微波歸一化阻抗特性測量、分析和計(jì)算 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 結(jié)合波導(dǎo)波長和駐波比的測量，學(xué)會(huì)微波阻抗的測量、分析和計(jì)算； (2) 理解歸一化阻抗特性與阻抗圓圖的關(guān)系； (3) 學(xué)會(huì)使用阻抗圓圖表示歸一化阻抗。 二、實(shí)驗(yàn)原理終端反射系數(shù)的模值|l| 與駐波比有如下關(guān)系： （6-1） 終端反射系數(shù)的相位l 與駐波節(jié)點(diǎn)位置 dminn 有以下關(guān)系： 終端反射系數(shù)的相位l 與駐波腹點(diǎn)位置 dmaxn 有以下關(guān)系： 通過測得的駐波比及波節(jié)點(diǎn)位置，在阻抗圓圖中標(biāo)注對(duì)應(yīng)的位置，讀出其刻度即可得出歸一化阻抗。 亦可根據(jù)波導(dǎo)主模特性阻抗 ZTE10 及測得的駐波比和第一波節(jié)點(diǎn)位置 dmin1 可得終端負(fù)載

2、阻抗為（參見教材中習(xí)題 1.3）： (6-4)其中，。而歸一化負(fù)載阻抗： 圖 6-1 容性、感性膜片歸一化阻抗測試原理示意圖 膜片介紹：在波導(dǎo)中垂直放置如圖 6-2 的銅片(稱為膜片)。理論分析表明，當(dāng)膜片厚度 t 滿足 t g 時(shí)(為金屬片的趨膚深度)，它的等效電路為一并聯(lián)導(dǎo)納 Y=G+jB ，使電磁波傳輸引起不連續(xù)。 圖 6-2 波導(dǎo)膜片 圖 6-2(a)所示膜片開槽的寬邊與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的寬邊 a 相同，而槽的高度 b小于標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)高度 b，膜片開槽處電場更為集中，有電容作用，故稱為容性膜片。圖 6-2(b)所示膜片開槽的寬邊 a小于標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的寬邊 a ，而槽的高度 b與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)高度 b 相同，

3、膜片開槽處磁場更為集中，有電感作用，故稱為感性膜片。由于膜片的損耗極小，通常把它們的電導(dǎo)分量G 忽略，而電納 B 在一級(jí)近似下可表示為： 匹配負(fù)載法測量膜片的電納是測量膜片阻抗的方法之一。該方法是把膜片接入波導(dǎo)末端，在它的后面再接上匹配負(fù)載，只要測得的駐波比、波導(dǎo)波長g 和 dmin，應(yīng)用式(6-5)或阻抗圓圖即可求得膜片的歸一化阻抗(即歸一化電納值)，圖 6-1 為實(shí)驗(yàn)原理示意圖。具體計(jì)算過程如下：(1) 用駐波比、波導(dǎo)波長g 和 dmin 計(jì)算電納 B：(2) 用計(jì)算|B| ，用 dmin 確定其性質(zhì)(即正負(fù)號(hào))： (3) 用 dmin 計(jì)算 B ： 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1.連接和開通測試系

4、統(tǒng) 按圖 1-1 所示連接微波測量系統(tǒng)； 打開信號(hào)源、選頻放大器的電源，將信號(hào)源設(shè)置在內(nèi)調(diào)制（方波）狀態(tài)，將衰減器調(diào)整到合適位置。 在終端接上短路板(負(fù)載)，調(diào)節(jié)探頭座位置和衰減器，使選頻放大器輸出指示表有對(duì)應(yīng)的指示。得到測量線在不同標(biāo)尺位置時(shí)與選頻放大器指示刻度之間有比較靈敏的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 2.測出波導(dǎo)波長g (參考實(shí)驗(yàn)三中的方法) 從負(fù)載端開始旋轉(zhuǎn)測量線探頭座位置，使選頻放大器指示最小，至少找出兩個(gè)波節(jié)點(diǎn)的位置。根據(jù)兩節(jié)點(diǎn)間距為半波長，由g=2(dmin2dmin1) ，可得出波導(dǎo)波長g 。數(shù)據(jù)記入表 6-1 ；3.確定等效參考面的刻度值 dmin0 將測量線探頭座移至中間位置； 測量線輸出

5、端仍接短路板； 找出波節(jié)點(diǎn)(盡可能開大選頻放大器的增益，如旋到 60dB 檔處)，記錄測量線標(biāo)尺的起始位置(如 161.20mm)，并記入表 6-2； 4.測量 “容性膜片+匹配負(fù)載”的歸一化阻抗 在終端處，拆下短路板，換接上容性膜片和匹配負(fù)載；(如此時(shí)標(biāo)尺起始刻度值為161.20mm)； 調(diào)節(jié)測量線探頭座，向負(fù)載方向移動(dòng)，找出波節(jié)點(diǎn)(即選頻放大器的指示為最小處)，讀出標(biāo)尺值，并記錄；(如 143.00mm)； 測出“容性膜片+匹配負(fù)載”的駐波比(參考實(shí)驗(yàn)五)，(例如 1.3 )；相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)入表6-2。用式(6-5)計(jì)算歸一化負(fù)載阻抗。 *或采用阻抗圓圖計(jì)算： 根據(jù)阻抗圓圖的原理，可在阻抗圓圖

6、上標(biāo)出移位值： 如 l =d/g =18.2/44.7 0.41 ，其中 d =161.20-143.00=18.2 為波節(jié)點(diǎn)的移位值. 將阻抗圓圖標(biāo)尺逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并對(duì)至(如 0.41)處，在圓圖標(biāo)尺 K 刻度上找出 1.3 的交叉點(diǎn)，讀出實(shí)軸值(為 0.88)和虛軸值(為 0.2)，并得出歸一化阻抗 z=0.88-j0.2 。 5.測量 “感性膜片+匹配負(fù)載”的歸一化阻抗 在測量線輸出端換接上短路板，并在測量線標(biāo)尺中間的位置找出波節(jié)點(diǎn)，記錄標(biāo)尺刻度(如 161.20mm)； 在測量線輸出端，拆下短路板，換接上感性膜片和匹配負(fù)載；調(diào)節(jié)測量線探頭座，向信號(hào)源方向移動(dòng)，找出波節(jié)點(diǎn)(即選頻放大器的指

7、示為最小處)，讀出標(biāo)尺值，并記錄 (如 156.60mm) ； 測出“感性膜片+匹配負(fù)載”的駐波比(參考實(shí)驗(yàn)五)，例如 1.9 ；相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)入表 6-3.用式(6-5)計(jì)算歸一化負(fù)載阻抗。 *或采用阻抗圓圖計(jì)算： 根據(jù)阻抗圓圖的原理，可在阻抗圓圖上標(biāo)出移位值; 如 l =d/g =4.6/44.70 0.103 ，其中 d =161.20-156.60=4.6 為波節(jié)點(diǎn)的移位值 將阻抗圓圖標(biāo)尺順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，并對(duì)在(如 0.103)處，在圓圖標(biāo)尺 K 刻度上找出 1.9 的交叉點(diǎn)，讀出實(shí)軸值(為 0.70)和虛軸值(為 0.45)，并得出歸一化阻抗 z=0.7-j0.45 。) 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及

8、數(shù)據(jù)處理表 6-1 波導(dǎo)波長測試數(shù)據(jù) (同實(shí)驗(yàn)五中的數(shù)據(jù)) 探針初始位置 dmin0 = 79.96mm 位置讀數(shù) (mm)測量次數(shù)198.54106.78119.84129.04103.00123.54298.56106.84119.86129.10104.38123.14398.58106.78119.80129.10103.66123.56注：上表中和為實(shí)際測量值。第1次測量： 第2次測量： 第3次測量： 表 6-2 容性膜片測試數(shù)據(jù) 位置讀數(shù) 測量次數(shù)接短路板時(shí)波節(jié)點(diǎn)的起始位置 dmin0接容性膜片時(shí)波節(jié)點(diǎn)的位置 dmin接容性膜片時(shí)波腹點(diǎn)的位置 Imax接容性膜片時(shí)波腹點(diǎn)的位置 Im

9、in1124.30mm106.38mm200uA125uA2124.28mm106.36mm205uA130uA3124.40mm105.70mm205uA130uA 由歸一化阻抗可知，為容性。 表 6-3 感性膜片測試數(shù)據(jù) 位置讀數(shù) (mm)測量次數(shù)接短路板時(shí)波節(jié)點(diǎn)的起始位置 dmin0接感性膜片時(shí)波節(jié)點(diǎn)的位置 dmin接感性膜片時(shí)波腹點(diǎn)的位置 Imax接感性膜片時(shí)波腹點(diǎn)的位置 Imin1124.30mm141.84mm265uA100uA2124.28mm141.98mm270uA100uA3124.40mm142.00mm270uA100uA 由歸一化阻抗可知，為感性。五、思考及體會(huì)：測量阻抗時(shí)，為什么首先在