微波技术实验报告

微波技术实验报告

姓名：徐寿俊

学院：电光学院

班级：09042102

学号：0904210252

二0一二年六月

实验一传输线的工作状态及驻波比测量

1．实验目的

了解无耗传输线（矩形波导）在终端接不同负载时的工作状态。

2．实验内容

a)测量传输线终端接不同负载时传输线中的电场幅度沿传播方向的分布，判定传输线的工作状态

b)求出波导波长和驻波比

3．实验原理

a)所使用的实验仪器及元器件

信号源

同轴-波导变换

铁氧体隔离器

频率计

衰减器

波导测量线

选频放大器

负载（短路负载，开路负载，匹配负载和任意负载）

b) 原理

传输线的工作状态（电场幅度分布）

在无耗传输线的终端连接不同的负载时，传输线将呈现不同的工作状态。当终端接与传输线特性阻抗相等的匹配负载时，只有入射波，没有反射波，传输线工作在行波状态。行波状态下传输线上的电压（电流）幅度沿传输方向的分布如图1所示。

图1 传输线行波状态电压（电流）幅度沿传播方向的分布

当终端接与短路，开路或纯电抗负载时，终端将发生全反射，传输线工作在纯驻波状态。纯驻波状态下传输线上的电压（电流）幅度沿传输方向的分布如图2所示（以终端短路为例）。

I 0

I 0Z 0||

U

||

I

/4λ/2λ3/4λλ5/4λ3/2λ

图2 传输线纯驻波状态（终端短路）电压（电流）幅度沿传播方向的

z V 0

I

分布

测量传输线的工作状态（电场分布）是采用测量线技术。测量线的主体是一段在波导宽边中间开槽的矩形波导，有一根探针通过波导的槽缝伸进波导内，并可以沿传输线移动。当探针位于某一个位置时，与所在位置的电场发生耦合，在探针上产生感应电动势，由检波二极管转换为检波电流，并通过选频放大器指示出来。当探针沿波导移动时，放大器读数就间接地反映了波导内电场大小的分布。将探针位置D 与检波电流I 的测量值绘制成曲线，即为传输线上的电场幅度分布曲线，由此也就知道了传输线的工作状态。

两个相邻波节点的间距等于

2

g

λ，因此有测出的波节点的位置可以求

得矩形波导的波导波长λg 。

电压驻波比计算

电压驻波比描述了负载的匹配特性，是反映传输线上不匹配情况的量，驻波比的定义为：

max

min

E E ρ=

(1) 即传输线中的电场幅度的最大值与最小值之比。因为测得的是检波电流，而检波电流与电场的关系是n I KE =，n 为检波二极管的检波律。在实验中一般为小信号检波，可以取n=2，即平方律检波，则上式（1）可表示为

12

max min I I ρ⎛⎫

=

⎪⎝⎭

(2) 式中max I 和min I 分别为波腹点和波节点的检波电流值。

4. 实验步骤和结果

实验所用原理框图如图3所示。

图3 实验框图

首先将测量线终端接短路负载，这时在传输线上形成全驻波，然后将探针移到测量线左端的一个波节点，记下探针位置D （mm ）和检波电流I （A μ）值，以后每向右移动探针2mm ，记录一个D 和I 值，直到测出三个完整的驻波，即出现四次波节点。再将其分布用曲线表示出来。

波长计

隔离器 同轴-波导 变换

信号源 选频放大器

衰减器 波导测量线

待测负载

记录结果如下图：

将测量线终端分别换接匹配负载（行波状态）和开口波导（行驻波状态），同样用上述方法进行测量，得到结果如下：

匹配负载：

开口波导：

测量传输线终端为开口波导时的max I 和min I 值，用式（2）计算驻波比 如下：

5． 数据分析

由测试数据求得矩形波导的波导波长，并与理论计算结果比较如下：

6．安全说明

在本实验室中所使用的微波源都在国际安全标准以内（10mW/cm 2），不会对人体造成任何伤害。但是，在实验期间，请注意以下事项: a) 不要用眼睛往任何连接其他设备的开路传输线里面看; b) 不要把身体的任何部位放在传输线的开口端; c)

在拆/装微波元器件时，请关掉微波信号源。

7．思考题

a. 波导测量线上的槽缝为何开在波导宽边的中间？

b. 信号源为何选用方波调制？

c. 测量线的探针插入波导太深是否会影响测试结果？

d. 为什么所测开口波导的驻波比不是无穷大？如何实现波导的理想开路？

实验二微波网络散射参量测试

1．实验目的

通过用矢量网络分析仪测量负载的阻抗、回波损耗、驻波，以及同轴可变衰减器的插入损耗，掌握矢量网络分析仪的基本使用方法，加深对网络散射参量的认识和理解。

2．实验内容

（1）测量负载的阻抗、回波损耗及驻波

（2）测量同轴可变衰减器的插入损耗

3．实验原理

a)所使用的实验仪器及元器件

矢量网络分析仪PNA3623（扫频范围：30-3200MHz,双测试通道）

3dB电桥

10dB衰减器

同轴可变衰减器（待测件）

b)原理

众所周知，微波元器件的作用是用来控制电磁波的振幅，相位等的变化，这些变化可以用输入驻波比，回波损耗，插入损耗等外部特性参量来描述。而外部特性参量又可以用微波网络参量来表示。因此，首

先用矢量网络分析仪测量待测元器件的散射参量，然后得到反映元器件特性的外部特性参量。

图1所示为微波二端口网络的示意图。

图1 微波二端口网络示意图

散射参量S 的定义为：

1

111

12212222i r r i U U

S S S S U U ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣

⎦⎣

⎦ (1)

散射参量矩阵[S]中各元素的意义分别为：

S 11：当输出端接匹配负载时，输入端口的电压反射系数； S 22：当输入端接匹配负载时，输出端口的电压反射系数；

S 12：当输入端接匹配负载时，输出端口到输入端口的电压传输系数； S 21：当输出端接匹配负载时，输入端口到输出端口的电压传输系数。 因此网络输入端电压反射系数的模11

S Γ

=，故输入驻波比为：

1111

11S S ρ+=

- （2）