电磁场与微波测量实验
实验五 阻抗测量及匹配技术
学院：电子工程学院 班号：2011211204
组员： 执笔人： 学号：2011210986
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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Smith圆图。
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1.1。
三、实验原理
1. 阻抗测量原理
微波元件的阻抗参数或者天线的输入阻抗等是微波工程中的主要参数，因而阻抗测量也是重要测量内容之一。一般情况下，测量的对象可以是膜片、螺钉、滤波器、谐振腔及其它不均匀性等。在阻抗测量的方法中常采用测量线法。本实验着重应用测量线技术测量终端型（等效二端网络）微波元件的阻抗。
由传输线理论可知，传输线上任一点的输入阻抗Zin与其终端负载阻抗ZL关系为：
Zin?ZL?jtg?l
1?jZLtg?l （2.1）
其中，Z0为传输线的特性阻抗，??2?/?g为相移常数，l为至终端负载的距离。
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/ρ即
Zinlmin?1? （2.2）
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将l?lmin及Zin?1?代入式（2.2），整理得：
ZL?1?j?tg?lmin
??jtg?lmin （2.3）
所以，负载阻抗的测量实质上归结为电压驻波系数ρ及驻波相位lmin值的测量，当测出ρ及lmin后，就能由上式计算负载阻抗ZL。但是，这是一个复数运算，在工程上，通常由ρ和lmin从圆图上求出阻抗或导纳来。
电压驻波系数ρ的测量，已在实验一中讨论过了，现在来讨论lmin的测量方法。
由于测量线结构的限制，直接测量终端负载ZL端面到第一个驻波最小点的距离lmin是比较困难的。因此实际测量中常用“等效截面法”（以波导测量线系统为例）：首先将测量线终端短路，此时沿线的驻波分布如图2-1 a所示。用测量线测得某一驻波节点位置DT（任一驻波节点与终端的距离都是半波长的整倍数，将此位置定为终端负载的等效位置DT。然后去掉短路n?g/2，n?1，2，3…）
片改接被测负载，此时系统的驻波分布如图2-1 b所示。用测量线测得DT左边第一个驻波最小点的位置DA及ρ，则lmin?DT?DA。驻波最小点截面处的阻抗为纯电阻，其电阻值即是以0为圆心，ρ为半径的圆与纯电阻轴交点A所代表的值。由A点沿等ρ圆向负载方向旋转lmin/?g得到T点，点T的读数即为待测元件的归一化阻抗ZL。
以上是以波导测量线系统为例说明了阻抗测量的实验原理。对于同轴测量线系统，首先是将测量线终端开路，然后在将被测负载接上，所测的DT和DA，要进行相应的变换才是公式中需要的lmin。
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输入信号a.短路片+j源电c.0A0T?g∞2ZLTEmaxEminρ负载b.?glmin-jDADTmin
图2- 1 阻抗测量原理图
负载阻抗（单端口网络阻抗）的测量可由驻波系数及其波节点位置换算
?g/2 阻抗重复一次，所以被测得到，系统上的输人阻抗周期性的变化，每隔
n?g/2元件的输入阻抗可由测量线上距被测元件端口 的参考面T的输入阻抗
来确定，测量时测得驻波系数和参考面到波节点的距离通过圆图换算确定被测元件的阻抗。
2. 匹配技术
在微波传输及测量技术中，阻抗匹配是一个十分重要的问题。为保证系统处于尽可能好的匹配状态而又不降低传输系统的传输效率，必须在传输线与负载之间接入某种纯电抗性元件，如单螺调配器、多螺调配器以及单短截线、双短截线等调配器件，其作用是将任意负载阻抗变换为1+j0（规一化值），从而实现负载和传输线的阻抗匹配。
单螺钉调配器：螺钉的作用是引入一个并联在传输线上的容性电纳，借助于导纳圆图很方便地求出螺钉的纵向位置l和电纳jb值，见图1-3-2。
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lYinjbYL+jblA'?gYLρAG=1-jb
图1- 3- 2 单螺钉调配器原理图
图中YL点表示被匹配的负载输入导纳，欲使负载匹配即Yin?1?j0，首先必须使螺钉所在的平面位于G=1的圆上，由此在圆图上求得等ρ圆与G=1圆的交点A和A’，A点输入导纳YA?1?jb，电纳呈感性。螺钉电纳呈容性，改变螺钉深度，即能改变并联的容性电纳值，使Yin?1?j0得到匹配。由于滑动单螺调配器能对圆图上任一导纳值调配，故在理想情况下它的禁区为零。 三螺钉调配器：这种调配器的螺钉位置固定在传输线上，依靠调配螺钉深度得到匹配。其调配要点是先右后左，循环多次，在调节过程中需不断观测驻波大小，使波节点电平提高，直至波节点和波腹点电平接近，驻波系数最小。 三短截线同轴调配器：三短截线彼此相距?g/4固定在传输线上，依靠调节短截线长度得到匹配。其调配要点为先右后左，循环多次，在调节过程中也是不断使波节点电平提高，直至驻波系数最小。 四、实验装置 选频放大器微波信号源隔离器驻波测量线被测元件 图（）测量元件阻抗方框图测量元件阻抗的示意图 5 / 8
北邮电磁场与微波测量实验实验五阻抗测量及匹配技术
