《微波技术与天线》实验指导书

微波技术与天线实验指导书

南京工业大学信息科学与工程学院

通信工程系

目录

实验一微波测量系统的熟悉和调整.................. - 2 -实验二电压驻波比的测量......................... - 9 -实验三微波阻抗的测量与匹配 .................... - 12 -实验四二端口微波网络阻抗参数的测量 ............. - 17 -

实验一 微波测量系统的熟悉和调整

一、实验目的

1. 熟悉波导测量线的使用方法；

2. 掌握校准晶体检波特性的方法；

3. 观测矩形波导终端的三种状态（短路、接任意负载、匹配）时，TE 10波的电场分量沿轴向方向上的分布。

二、实验原理

1. 传输线的三种状态

对于波导系统，电场基本解为ift rm ift r e E e a b r V E --==

)

/ln(0

(1) 当终端接短路负载时，导行波在终端全部被反射――纯驻波状态。

ift y ift y y e x a

E e x a

E E )sin(

)sin(

00π

π

-=-

在x=a/2处

z E e e E E y ift ift y y βsin 2)(00-=+=+-

其模值为：z E E y y βsin 20= 最大值和最小值为：

2min

0max ==r

r r E E E

(2) 终端接任意负载时，导行波在终端部分被反射――行驻波状态。

ift y ift y y e x a

E e x a

E E )sin(

)sin(

'

00π

π

+=-

在x=a/2处

z

E e

E E e E e E e E e E e E e E E y ift

y y fit

y fit y fit y ift y fit y fit y y βcos 2)()()('0

'

0'0

'0'00'00+-=++-=+=-----

由此可见，行驻波由一行波与一驻波合成而得。其模值为：

z E E z E E E y y y y y ββsin )(cos )(2

'0022'00-++=

可得到最大值和最小值为：

'

0min

'

0max y y y

y y y E

E E E E E -=+=

(3) 终端接匹配负载时，导行波仅有入射波而无反射波――行波状态。

ift y y e E E -=0 其模值为

0y y E E =

由上述可知，在测量线的终端分别接上短路器、任意负载和匹配负载，移动探针位置，都可以观测到测量线中不同位置的电场强度（复振幅大小）对应的电流指示读数。

2. 由测量线的基本工作原理可知，指示器的读数1是探针所在处|E|对应的检波电流。

任一位置处|E|与I 的对应关系应视检波晶体二极管的检波特性而定。一般，这种关系可通过对二极管定标而确定。

所谓定标，就是找出电场的归一化值|E ’|与I 的对应关系。

max

'E E E =

我们知道，当测量线终端短路时：

d

z E E E z

E E g

λπ

ββ2sin

sin '2sin 20

max 0====

如果我们取任意一零点（波节点）作为坐标起始位置，且坐标用d 表示，则：

d E g

λπ2sin

'=

晶体二极管上的检波电压u 正比于探针所在处|E ’|。所以上式可用u 的归一

化值u ’来表示。即：

d u u u g

λπ2sin

'max

==

晶体二极管的检波电流I 与检波电压u 之间的关系为：

n cu I =

式中c 为比例常数，n 为检波率。

n

g

d c I λπ

2sin

'=

式中c ’为比例常数。

3. 当测量线的探针插入波导时，在波导中会引入不均匀性，从而影响系统的工作状态。

探针在开槽线中与电场耦合，其效果相当于在等效传输线上并联了一个探针支路。即探针等效为一个导纳p p p jb g y -=。其中g p 反映探针吸收功率的大小，b p 表示在波动中产生反射的影响。在信号和测量系统匹配的条件下，由于g p 的分流作用，驻波波腹点的位置发生偏移。但当终端断路时，波节点不偏移。可见，g p 和b p 将造成误差。为了减小测量误差，必须要减小或消除g p 和b p 的影响。减小g p 的影响，可以适当减小探针插入的深度；消除b p 的影响要依靠调谐来达到。

探针的调整办法： 1．

在信号源有足够输出和检波指示器有足够的灵敏度的条件下，应尽量取较小的探针插入深度。

2．

将测量系统短路时，将探针移至相邻两个波节之间正中位置（即波腹点上），调节探头的调谐活塞，直至输出指示最大。此时b p 已达到最小。

需要指出的是，当信号源的频率或探针插入深度改变时，必须重新对探针进行调整。

三、实验仪器及线路图

图1－1

四、实验内容与步骤

1．调整测量线

（1）开启信号源。对波导系统的XB9A操作时，直接打开“电源”开关即可，经过20分钟左右信号输出稳定。

（2）按图1－1连接实验线路图（接短路器）。

（3）调节探针位置，使指示器读数为最大（此时探针位于波腹点）。

（4）调节探针插入深度，同时调整调谐活塞，使指示器读数最大，且达到满刻度的2/3量程以上。

2．绘制晶体定标曲线

（1）用交叉读数法测量波导波长λg，并确定任一波节点位置D min（坐标d的起始位置）。如图1－2所示。

（2）在相邻的波节点与波腹点之间大约取10个点（包括波节点和波腹点）。从

D min开始依次将探针移到这些点上，并读取测量线上的标尺刻度D i与相

应的指示器读数l i。