实验4阻抗测量(归一化阻抗测试实例)

实验四 阻抗测量（归一化阻抗测试实例）

一、实验目的和要求

应用所学的理论知识，学会并掌握利用微波测量线系统测量微波负载阻抗（或导纳）的方法，熟悉阻抗圆图应用。

二、实验内容

利用微波测量线系统测量电容性膜片和电感性膜片的阻抗。其中需先测量出驻波比和电压波节点到终端开口处的距离，然后利用阻抗圆图求出它们阻抗的归一化值。

三、实验原理

在微波波段内，测量阻抗的方法很多。最常用的方法就是本实验所采用的利用微波测量线系统测量阻抗的方法，基本原理如下：

首先利用微波测量线系统测量（在给定终端负载条件下）沿线驻波比（ρ）及第一电压波节点到终端的距离（1l ）。然后利用阻抗圆图求出归一化负载阻抗（L Z ~）。

1． 测量驻波比

在实验过程中，可按如下方法估算驻波比。使晶体检波器工作于小信号状态（加大信号源输出的衰减量），测出沿线电压波腹点处对应的选频放大器电流表表头指示的最大值（Imax ）及电压波节点处对应的选频放大器电流表表头指示的最小值（Imin ），沿线驻波比可按下式估算：

Imin Imax / =ρ

另外本实验使用的YM3892选频放大器，已近似按平方律基本的规律刻度了驻波比，由此也可估算驻波比。具体方法是：先在电压波腹点调选频放大器的衰减旋钮，使其电流表表头指示值达满刻度，然后调节测量线小探针位置旋钮至电压波节点，此时对应的选频放大器电流表指针所指的驻波比刻度值即为晶体按平方律基本时的驻波比的近似值。

应该指出，此方法为视检波晶体按平方律检波时而给出的驻波比的近似值。

2． 测量第一电压波节点到终端的距离

由于受到测量线所开缝隙的限制，小探针无法移到接负载的位置，也即不能直接测量第一电压波节点到终端的距离（1l ），可以采用间接测量法如下。

首先将短路片与测量线终端连接。此时，沿线为驻波状态。终端为电压波节点，并且，由终端向信号源方向沿线每移动半个相波长（2/P ）的距离就会出现一个电压波节点。因此，总会有几个电压波节点落在测量线刻度区之内，取测量线中间部分的一个电压波节点作为测量的起点（测量线开缝边缘部分泄漏误差较大），记该点位置（由游标卡尺读出）为Zoa ，该点可视为终端负载的（参考）位置。[ 参见图六（a ）]

然后，将被测负载加匹配负载与测量线终端连接。此时，沿线呈行驻波状态。电压波节点在图六（a ）的基础上依次向右（负载方向）平移1l 长度[ 参见图六（b ）]。测出在负载一侧离Zoa 位置最近的一个（新）电压波节点的位置（记为Zob ），则被测负载加匹配负载时，第一电压波节点到终端的距离求为：

Zob Zoa Z －＝

由驻波比ρ和d 的值，在阻抗圆图上即可求出被测负载的归一化阻抗。 本实验在微波传输系统中插入电感性膜片和电容性膜片。用上述方法测出电感性膜片加匹配负载和电容性膜片加匹配负载的归一化阻抗和阻抗。

Z

Z Zob

Zoa 0

E

图 （a （b ）

a

图七 波导中金属膜片及其等效导纳

本实验所用膜片中 a =22.86 a '=15.6 单位：毫米（mm ）

b =10.16 b '=6

由于波导中插入了金属膜片，破坏波导原来的边界条件。电感性膜片等效为一感纳，电容性膜片等效为一容纳。由于上述的不连续性而引入的电纳值可以测量出其反射系数，并在归一化阻抗圆图上得到它的感纳和容纳值（根据给出的尺寸，实验者可将测量测量结果值与理论公式计算值进行比较）。

利用金属膜片可以构成谐振腔、移相器等。

四、实验步骤

（a ）电感性膜片

（b ）电容性膜片

b Yo jB R+jX

R+jX

1．测量线输出端接上短路板。

2．测出波导波长λg 。（两节点间矩为半波长）

例：信号源工作频率ƒ＝10.00GHz ，测到某波节点在测量线滑座标尺为167.4mm （1d '）。调节测量线至下一个波节点。此时应一边调节测量线滑座，一边调整选频放大器“分贝”档，不要打表针。找到波节点时，再放大选频放大器指示。记下此时测量线滑座标尺为147.5mm 。反复几次，记下各次数值，求其平均值。

() m in m in 2 12D D g －＝λ

此时：()mm g 8.39 147.5 67.41 2 ＝－＝λ

3．确定参考面在测量线的刻度值 3.1测量线滑座移到中间位置。 3.2测量线输出端仍接短路板。

3.3找出波节点。由于接短路板，使系统处于全反射状态，波节点信号很小。因此尽可能开大选频放大器增益在60dB 处。记下标尺位置为起始值d 1，例167.4mm 。

4．测电感性膜片连接匹配负载时的归一化阻抗

4.1信号源工作状态置“外整步”。拆下短路板，接上感性片和匹配负载。信号源工作状态置“

”。

4.2调节测量线滑座，向信号源方向移动。找出波节点（指示最小处），读出标尺

的刻度值2

d '，并作记录。例：162.8mm 。 4.3测出感性片+匹配负载的驻波比S 。例S ＝1.57。 4.4按原理，此时波节点从参考面向信号源移动值g

d

l λ

＝。节点移位值21d d d '-''＝。

例：116.0 8

.396.4 8.398.162 4.167

＝＝－＝＝g d l λ'' 4.5将阻抗圆图的标尺顺时针对最外圈的0.116（即0.116λ），在标尺（ρ）刻度线上找到ρ＝1.57处的交集点。读等电抗图实轴值0.85，等电抗图虚轴值0.4，

可得出4.0 85.0 ~

j Z +＝。

负载阻抗()20 5.42 50 4.0 85.0 ~

0j j Z Z Z L +⨯+＝＝＝ Ω。

步骤概括为：测量1d '和2

d '——计算d '——计算 l '——通过史密斯圆图找到ρ——读出归一化阻抗——计算负载阻抗。