阻抗測(cè)量及匹配技術(shù)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>1、掌握用測(cè)量線(xiàn)測(cè)量阻抗的原理和方法。
2、學(xué)習(xí)匹配技術(shù)。
3、熟悉Smith 園圖的應(yīng)用。
二、實(shí)驗(yàn)原理
微波元件或天線(xiàn)系統(tǒng)的輸入阻抗是微波工程中的重要參數(shù)，本實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)微波測(cè)量
線(xiàn)測(cè)量單端口微波元件輸入阻抗的方法。
由傳輸理論可知，傳輸系統(tǒng)中駐波分布與終端負(fù)載阻抗直接有關(guān)，表征駐波特性
的兩個(gè)參數(shù)，駐波比ρ及相位Blmin 與負(fù)載阻抗的關(guān)系如下式所示：

lmin 是總終端負(fù)載至相鄰駐波節(jié)點(diǎn)的距離，圖5-1 所示。因此只需在測(cè)量線(xiàn)的輸
出端接上待測(cè)負(fù)載，分別測(cè)量駐波比ρ、波導(dǎo)波長(zhǎng)λg 和距離lmin，可用式（5~1）
或根據(jù)阻抗圓圖計(jì)算待測(cè)元件的輸入阻抗。

圖5-1 終端負(fù)載至相鄰駐波節(jié)點(diǎn)的距離
實(shí)際測(cè)量中常用“等效截面法”。首先讓測(cè)量線(xiàn)終端短路，沿線(xiàn)駐波分布如圖5-2(a)
所示，因而移動(dòng)測(cè)量線(xiàn)探針可測(cè)得某一駐波節(jié)點(diǎn)位置d T，它與終端距離為半波長(zhǎng)的
整數(shù)倍nλg/2 ，此位置即為待測(cè)元件的輸入端面在測(cè)量線(xiàn)上等效應(yīng)位置T。當(dāng)測(cè)量
線(xiàn)終端換接待測(cè)負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)的駐波分布如圖(5-2(b))所示。用測(cè)量線(xiàn)側(cè)得dT 左邊的相鄰駐波節(jié)點(diǎn)位置Lmin 即為終端相鄰駐波節(jié)點(diǎn)的等效位置，所以

在測(cè)量精度要求不高時(shí)，可利用阻抗圓圖來(lái)求解。圖(5-2)所示阻抗圖，駐波節(jié)點(diǎn)
處的阻抗為純電阻，其電阻值以為圓心，以ρ為半徑做一圓純電阻軸交于A 點(diǎn)，由A
點(diǎn)沿著等ρ圓逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)Lmin/λg 波長(zhǎng)數(shù)到達(dá)T 點(diǎn)，點(diǎn)T 的讀數(shù)即為待測(cè)元件的歸一
化阻抗 。連接TO，并反向延長(zhǎng)TO 交于ρ園于T’點(diǎn)，T’點(diǎn)讀數(shù)為負(fù)載歸一化導(dǎo)納Y~c

圖5-2 阻抗測(cè)量原理圖
2、測(cè)量膜片的歸一化阻抗

圖5-3 測(cè)量膜片阻抗結(jié)構(gòu)示意圖及等效電路
把待測(cè)膜片接入測(cè)量系統(tǒng)中時(shí)，后面還接一只性能良好的匹配負(fù)載，來(lái)完全吸收
通過(guò)膜片的能量，這樣測(cè)得阻抗，實(shí)際是膜片與匹配負(fù)載的總阻抗。由于這樣的接法
從電路的觀點(diǎn)來(lái)看是并聯(lián)的，因此用導(dǎo)納表示 較為合適，其中實(shí)部I 代
表匹配負(fù)載，而虛部±jB 則表示膜片的歸一化電納。
3、匹配技術(shù)
匹配是微波技術(shù)中的一個(gè)重要概念，通常包含兩個(gè)方面的意義一是微波源的匹
配，二是負(fù)載的匹配。
在小功率時(shí),構(gòu)成微波匹配源最簡(jiǎn)單的方法，是在信號(hào)源的輸出端口接一個(gè)衰減量
足夠大的吸收式衰減器或隔離器，使負(fù)載反射的波通過(guò)衰減進(jìn)入到信號(hào)源后的二次反
射可以忽略。負(fù)載的匹配，則是要解決如何消除負(fù)載反射的問(wèn)題，因而調(diào)匹配過(guò)程的實(shí)質(zhì)，就使調(diào)配器產(chǎn)生一個(gè)反射波，其幅度和失配元件產(chǎn)生的反射波幅度相等，而相
位相反，從而抵消失配元件在系統(tǒng)中引起的反射而達(dá)到匹配。
匹配的方法很多，對(duì)于固定的負(fù)載，通?？稍谙到y(tǒng)中接入隔離器，膜片，銷(xiāo)釘，
諧振窗以達(dá)到匹配目的，而在負(fù)載變動(dòng)情況下可以接入滑動(dòng)單螺、多螺等各種類(lèi)型的
調(diào)配器。
單螺釘調(diào)配器
單螺釘調(diào)配器，螺釘?shù)淖饔檬且胍粋€(gè)并聯(lián)在傳輸上的容性電納，借助于導(dǎo)納園
圖很方便地求出螺釘?shù)目v向位置L 和電納值jB 見(jiàn)圖5-4，圖中Yin 表示被匹配負(fù)載輸
入導(dǎo)納，欲使負(fù)載匹配即Yin=1+j0，首先必須使螺釘所位于的平面在G=1 的圓上，
由此在圓圖上求得等ρ園與G=1 園交于A 點(diǎn)輸入導(dǎo)納YA=1-jB，電納呈感性，螺釘
電納呈容性，改變螺釘深度，即能改變并聯(lián)的容性電納值，使Yin=1+j0，得到匹配，
滑動(dòng)單一調(diào)配器能對(duì)園圖上任一導(dǎo)納值調(diào)配，故在理想情況下它的禁區(qū)為零。

圖5-4 單螺釘調(diào)配器原理圖
三螺釘調(diào)配器
三螺釘調(diào)配器：這種調(diào)配器的螺釘位置固定在傳輸線(xiàn)上，依靠調(diào)配螺釘深度得到
匹配。其調(diào)配要點(diǎn)先右，后左，循環(huán)多次，在調(diào)配過(guò)程中需不斷觀測(cè)駐波大小，使波
節(jié)點(diǎn)電平提高，直到波節(jié)波腹點(diǎn)電平接近，駐波系數(shù)最小。
調(diào)配方法：實(shí)際工作中常常采用逐步減小駐波比的方法，即先將駐波測(cè)量線(xiàn)的探
針置于波節(jié)位置，調(diào)整調(diào)配器，觀察到指示器讀數(shù)增大，就說(shuō)明調(diào)配螺釘移動(dòng)方向?qū)?br>頭，反復(fù)調(diào)整螺釘位置，直至達(dá)到所要求的駐波比，還須注意在每次調(diào)配過(guò)程中，駐
波的相位也會(huì)隨著改變，因此，每當(dāng)用測(cè)量線(xiàn)觀察波節(jié)電平時(shí)，要移動(dòng)探針位置，使
之真正位于波節(jié)（或波腹）點(diǎn)。

三 、實(shí)驗(yàn)儀器和裝置圖

圖5-4 測(cè)試裝置圖
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟
1、按圖5~4 所示檢查實(shí)驗(yàn)裝置。
2、按操作規(guī)程調(diào)整測(cè)量系統(tǒng)，并用頻率計(jì)測(cè)量信號(hào)源工作頻率，測(cè)量線(xiàn)終端接的是
短路片。
3、測(cè)量線(xiàn)終端換短路片，用交叉讀數(shù)測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)λg ，并確定位于測(cè)量線(xiàn)中間一
個(gè)波節(jié)點(diǎn)位置為dT，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。
4、換上1 號(hào)負(fù)載，測(cè)量dT 左邊相鄰駐波節(jié)點(diǎn)的位置dmin，計(jì)算lmin=│dmin－dT
│，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。
5、用功率衰減法，測(cè)量駐波比ρ，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。
6、換二號(hào)負(fù)載測(cè)量lmin 和駐波比ρ。
7、換晶體檢波器，退出調(diào)配螺釘，調(diào)節(jié)短路活塞，使輸出最大，測(cè)lmin 和ρ。
8、根據(jù)lmin、ρ、λg 應(yīng)用smith 圓圖計(jì)算歸一化阻抗Zi 和歸一化導(dǎo)納Yi 。
9、用三螺調(diào)配器調(diào)配晶體檢波器。
測(cè)量線(xiàn)終端接晶體檢波器，調(diào)節(jié)檢波器的短路活塞，使檢波器輸出指示最大，保
持短路活塞位置不變，反復(fù)調(diào)節(jié)螺釘，使駐波系數(shù)至ρ<1.05 記錄Imax，Imin 和ρ。
五、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備
1、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，了解阻抗測(cè)量方法和匹配技術(shù)。
2、畫(huà)好數(shù)據(jù)記錄表格。
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
1、 整理數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)量得到ρ，lmin，λg 應(yīng)用smith 圓圖計(jì)算一號(hào)二號(hào)和三號(hào)負(fù)載的歸一化 Z~ 和 Y~ 。和三號(hào)負(fù)載匹配時(shí)ρ值。

七、思考題
1、一號(hào)和二號(hào)中膜片各是什么負(fù)載？
2、測(cè)量膜片阻抗時(shí)為什么后面接匹配負(fù)載？
3、測(cè)量微波元件阻抗時(shí)為什么首先在測(cè)量線(xiàn)上確定“等效面”？
4、為什么要調(diào)匹配？調(diào)匹配過(guò)程的實(shí)質(zhì)是什么？通常用的調(diào)配方法是什么？