電磁場與微波實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一

1、實(shí)驗(yàn)微 波 基 礎(chǔ) 計 算 器 與 M WO 軟 件 熟 悉實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握傳輸線（長線）基本理論；2. 熟練掌握 Smith 圓圖的工作原理；3. 熟練使用微波技術(shù)基礎(chǔ)計算器計算單枝節(jié)線匹配4. 熟悉MW軟件界面和基本操作。二、實(shí)驗(yàn)原理微波技術(shù)基礎(chǔ)計算器是以微波計算為基礎(chǔ)的進(jìn)行專業(yè)計算的工具。實(shí)現(xiàn)了微波技術(shù) 基礎(chǔ)理論中長線（傳輸線）理論、Smith圓圖、網(wǎng)絡(luò)理論等部分的計算。此計數(shù)器共包括： 長線上任意點(diǎn)輸入阻抗、反射系數(shù)、行波系數(shù)、駐波比的計算； smith 圓圖的繪制；任意 長線和負(fù)載的單枝節(jié)匹配；雙口網(wǎng)絡(luò) S Z、Y、A參數(shù)的相互轉(zhuǎn)換。1、長線理論基礎(chǔ)知識回顧： - 微波傳輸線（長線

2、）理論 （Q1: 傳輸線理論中基本物理量是什么？ ） 電壓波與電流波（入射與反射）關(guān)系： 理想（無耗）均勻傳輸線的傳輸特性歸結(jié)為兩個實(shí)數(shù)：傳播常數(shù) 和特性阻抗 。傳輸 線理論三套參量：輸入阻抗 in ，反射系數(shù) ，駐波參量（駐波系數(shù) 和最小距離 l min） 三套參量間的換算關(guān)系：三套參量同時一個單位圓內(nèi)表示1）由橫坐標(biāo)表示反射系數(shù)實(shí)部，縱坐標(biāo)表示反射系數(shù)虛部，構(gòu)成反射系數(shù) 復(fù)平面；2）對于一個無耗均勻傳輸線， 其反射系數(shù)的模是不變的， 變化的是位相 （位 置）構(gòu)成反射系數(shù)同心圓；以負(fù)載為參考面向源移動時，位相角減少，順時 針轉(zhuǎn)動3）駐波系數(shù)在反射系數(shù)復(fù)平面上也是同心圓，4）阻抗在反射系數(shù)復(fù)平

3、上表示時要?dú)w一化；某一點(diǎn)的阻抗由經(jīng)過該點(diǎn)的等 電阻圓與等電抗弧線確定。電2、并聯(lián)單枝節(jié)傳輸線匹配1）終端短路傳輸線相當(dāng)于一個純電抗2）在主傳輸線上并聯(lián)一個短路面位置可調(diào)的支路傳輸線，相當(dāng)并聯(lián)一個可變電抗。3）由于并聯(lián)枝節(jié)，進(jìn)行匹配設(shè)計時用導(dǎo)納方法表示更為方便。三、微波基礎(chǔ)計算器的使用有了這些基本概念之后，我們就可以學(xué)習(xí)微波計算器的使用方法。這個計算器實(shí) 際上就是利用以上的公式，編成、作圖完成的，國內(nèi)外也還有很多類似的軟件。微波 計算器的主界面如圖1所示。圖1微波計算器主界面選擇圖1中所示的“長線”工具。出現(xiàn)如圖2所示的窗口圖2長線理論窗口需要輸入的參數(shù)有特性阻抗、負(fù)載阻抗、工作波長、線長。其中

4、線長為圖中整個線的長度。圖中當(dāng)前點(diǎn)的線長為0.544。且線長與波長的單位保持一致。計算器根據(jù)你輸入的參數(shù)，再根據(jù)傳輸線公式 Zin(d)jZotan( d)，可以計Zo jZLtan( d)算出圖中當(dāng)前綠色標(biāo)記處的輸入阻抗和導(dǎo)納。并且計算出當(dāng)前點(diǎn)的反射系數(shù)等 參數(shù)。1、阻抗圓圖選擇圖1中所示的“阻抗”或“導(dǎo)納”工具，會相應(yīng)出現(xiàn)圖3的阻抗圓圖窗口。圖3阻抗圓圖以阻抗圓圖為例，窗口中需要輸入的參數(shù)有三個：反射系數(shù)、歸一化電阻、 歸一化電抗，相應(yīng)在左邊的畫出等反射系數(shù)圓、等電阻圓、等電抗圓。等電 阻圓和等電抗圓的交點(diǎn)便是阻抗為 2+ 1j的點(diǎn)(對應(yīng)圖中輸入的參數(shù))。另外 通過下方的“自動獲取數(shù)據(jù)”選

5、項(xiàng)可以自動長線計算的窗口中獲取計算數(shù)據(jù)， 并自動繪制當(dāng)前點(diǎn)的圓圖。如果選中“自動刷新”，可以使兩個窗口中的數(shù) 據(jù)自動保持同步。這時拖動長線窗口中的綠色標(biāo)記，可以看到圓圖隨距離的 變化。2、單枝節(jié)匹配選擇圖1中所示的“匹配”工具，會相應(yīng)出現(xiàn)圖 5所示的窗口*功畫顯茹過獰阻扭匱因星站回田圖5單枝節(jié)匹配同樣，在此窗口中，輸入相應(yīng)的參數(shù)，軟件會自動算出單枝節(jié)匹配的匹配 點(diǎn)和相應(yīng)的長度。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、長線計算設(shè)置特性阻抗為50歐姆，負(fù)載阻抗我們選擇100-j 50,波長輸入1,線長輸入5, 此處波長與線長都為相對值，計算線長Z為2.2、3、4.6三處的輸入阻抗和反射系數(shù)， 并且通過電磁場與電磁波教材

6、上相應(yīng)的傳輸線公式和反射系數(shù)公式驗(yàn)證。2、阻抗圓圖使用在反射系數(shù)中輸入0.441 + j 0.073，歸一化電阻輸入“ 2”，歸一化電抗輸入“一 1”，最后選擇“開始繪制”按鈕，左邊便相應(yīng)的出現(xiàn)反射系數(shù)圓圖、值為2的等電阻圓，值為一1的等電抗圓。等電阻圓與等電抗圓的點(diǎn)便是歸一化阻抗為2-j的點(diǎn)。接下來我們選擇“自動獲取數(shù)據(jù)”、“窗體半透明”和“自動刷新”三個選項(xiàng)。此時圓 圖的數(shù)據(jù)便實(shí)時的直接來自與長線計算器的計算結(jié)果。改變長線計算器綠點(diǎn)的位置時， 圓圖會自動隨著進(jìn)行相應(yīng)的改變。（用這個功能，可以實(shí)現(xiàn)利用微波技術(shù)理論課上講 述的基本概念完成傳輸線的匹配。）使用微波基礎(chǔ)計算器計算特性阻抗為50歐姆

7、，負(fù)載阻抗為200+150j，取波長為1線長為4 （波長線長為相對值）。計算線長Z為 2.5和3.5兩處的輸入阻抗和反射系數(shù)。并畫出 Z為2.5時的阻抗 圓圖。3、單枝節(jié)匹配特性阻抗為50歐姆，終端負(fù)載為50+j 100，使用單枝節(jié)匹配，求枝節(jié)的位置 d和長度L我們通過一個實(shí)例來綜合講解MWQ 此實(shí)例為設(shè)計一個非線性二極管檢波器，具體步 驟如下：1、新建一個 Project從菜單中選擇File下的New Project保存此新項(xiàng)目，選擇 Save Project AsRectifier電路原理圖2、創(chuàng)建一個新的電路原理圖右鍵單擊 Project View界面下的 Circuit Schemat

8、ics 點(diǎn)擊 NewSchematics，建立一個空 白的原理圖；選擇 Elem Browser按圖MW0_1完成原理圖。左鍵單擊Elem標(biāo)簽，在Nonlinea中選擇Diode此時下方窗口將出現(xiàn)一些 Diode元件； 選擇窗口中的Sdiode元件，將其拖入原理圖；重復(fù)上面步驟，將Source中的ACVSLumped Elemen中的 RES MeasDevic中的 V_mete拖進(jìn)原理圖。最后如圖進(jìn)行連線；在原理圖的任何圖表符號上，雙擊左鍵可編輯參變量，完成原理圖 中元件參數(shù)設(shè)置。3、設(shè)置仿真頻率左鍵雙擊Project Options出現(xiàn)屬性對話框；點(diǎn)擊 FrequencyValues，改變

9、單位為MHZ且選擇Single Poin復(fù)選框，且在 Point 文本框中輸入500 (MHZ，點(diǎn)擊Apply 鍵確定。4、添加輸出圖表添加變量右鍵單擊Project View 中的Graphs，點(diǎn)擊 Add Graphs，選擇矩形框，命名為Graph1。然后為新建的矩形圖框添加測量，右鍵單擊 Graph 1，單擊 Add Measurement,出現(xiàn)Add Measurement對話框。在對話框的Meas.Type 中選擇 Nonlinear Voltage ， Measurement選擇 Vtime，Data Source Name 默 認(rèn)， Measurement Component 選

10、 擇ACVS.V1 Offest 選擇 FirstPoint ，單擊 Apply。如圖所示。然后再改變 MeasurementComponent選擇V Meter. VM1，最后OK按鈕確定。5、分析電路單擊工具欄Analyze圖標(biāo)，輸出方框圖Graph1將出現(xiàn)如圖所示的輸出波形。輸出結(jié)果圖6 電路的諧調(diào)與優(yōu)化(Tune and Optimization )激活原理圖，雙擊ACVS勾選Mag中的Tune將變量M設(shè)為調(diào)諧。打開菜單Tune選 項(xiàng)，其上的變量值可以拖動，可以看到仿真圖表隨著變量的變化而變化。7、 Optimization 功能右鍵點(diǎn)擊Object View上的Optimizer Goals點(diǎn)擊Add,出現(xiàn)一個對話框，其上可以設(shè) 置優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化范圍，優(yōu)化方式。將需要的參數(shù)