实验八 微波二端口网络参数的测量

实验八微波二端口网络参数的测量、分析和计算

一、实验目的

(1)理解可变短路器实现开路的原理；

(2)学会不同负载下的反射系数的测量、分析和计算；

(3)学会利用三点法测量、分析和计算微波网络的[S]参数。

二、实验原理

[S] 参数是微波网络中重要的物理量，其中[S]参数的三点测量法是基本测量方法，其测量原理如下：对于互易双口网络有S12=S21，故只要测量求得S11、S12 及S21三个量就可以了。被测网络连接如图8-1 所示。

图8-1 [S] 参数的测量

设终端接负载阻抗Z l，令终端反射系数为Γl，则有: a2 = Γl b2, 代入[S]参数定义式得：

于是输入端（参考面T1）处的反射系数为

将待测网络依次换接终端短路负载(既有Γl = -1)、终端开路负载(即Γl = 1)和终端匹配负载(即Γl = 0)时，测得的输入端反射系数分别为Γs、Γo 和Γm，代入式（8-1）并解出：

由此得到[S]参数，这就是三点测量法原理。

在实际测量中，由于波导开口并不是真正的开路，故一般用精密可移动短路器实现终端等效开路l0位置（或用波导开口近视等效为开路），如图8-2 所示。

图8-2 用可变短路器测量[S]参数实验步骤

三、实验内容和步骤

(1)将匹配负载接在测量线终端，并将测量线测试系统调整到最佳工作状态；

(2)将短路片接在测量线终端，从测量线终端向信源方向旋转探针座位置（测量线前的大旋钮），使选

频放大器指示为零(或最小)，此时的位置即为等效短路面，记作 zmin0 ；

(3)在终端将短路片取下，换接上可变短路器，在探针位置 zmin0 处，调节可变短路器使选频放大器

指示为零(或最小)，记录此时可变短路器的位置 l1 ；

(4)继续调节可变短路器，使选频放大器指示再变为零，再记录此时可变短路器的位置 l2 ；

(5)在终端将可变短路器取下，换接上待测网络，并在待测网络的终端再接上匹配负载，按照实验五

的方法测量和计算得到此时的反射系数Γm ；

(6)在待测网络的终端取下匹配负载，换接上可变短路器，并将可变短路器调到位置 l1 ，按照实验

五的方法测量和计算得到此时的反射系数Γs；

(7)将可变短路器调到终端等效开路位置，即 l0=(l1+l2)/2 的位置，按实验五的方法测量和计算得

到此时的反射系数Γo；

(8)要求反复测量三次，并处理数据(即参考实验五方法，将根据测量得到的Imin 、

Imax 、zmin1 等数据计算相应的反射系数) ；

(9)再根据式（8-3）计算得到[S]参数。

四、实验结果及数据处理

z

min0

= 79.56mm l1= 12.760mm l2 = 36.984mm

匹配：直接法

152

.3

=

ρ

518

.0

1

1

=

+

-

=

Γ

ρ

ρ

l

m

Γ

=

=

Γ

=

Γ

=

⇒

+

+

=

=

257

.

19

1

min

1

min

518

.0

257

.

19

4

)1

2(

4

40

.

99

j

j

l

l

l

g

l

g

n

e

e

n

z

z

l

φ

φ

λ

φ

π

λ

短路：直接法

323

.3

=

ρ

537

.0

1

1

=

+

-

=

Γ

ρ

ρ

l

s

Γ==Γ=Γ=⇒++==534.191min 1min 537.0534

.194

)12(436.100j j l l l g l g n

e e n z z l φφλφπλ

开路：直接法

942

.=

ρ

320.01

1

=+-=

Γρρl

o

Γ==Γ=Γ=⇒++=

=141.191min 1min 32.0141

.194

)12(499j j l l l g l g n e e n z z l φφλφπλ

458

.1238

.82127

.2)

)((2518.02112222

12257

.1911==-=Γ-ΓΓ+Γ-Γ=

=Γ-ΓΓ-ΓΓ-Γ=

=Γ=S S S S e S s

o s

m o s o m o s m j m

[]⎥

⎦⎤⎢⎣⎡-=238.8458.1458.1518.0S 五、思考及体会：

为什么等效开路的位置取 l 0=(l 1+l 2)/2 ?

等效开路的位置取 l 0=(l 1+l 2)/2 可以减小误差，使实验结果更精确。 小结：

通过本次实验，我理解了可变短路器实现开路的原理，学会了不同负载下的反射系数的侧量、分析和计算方法，掌握了利用三点法侧量分析和计算微波网络的[S]参数。第一次测量匹配和开路情况时采用的是大驻波比方法，计算过程中发现驻波比小于6，于是重新使用直接法测量。