实验三 复反射系数

实验三 复反射系数（复阻抗）测量

一．实验目的

1. 了解测量线的基本结构和调谐方法，掌握微波晶体检波律的校准方法。

2. 了解驻波测量与阻抗测量的意义与相互关系，熟练掌握用测量线测量反射系数即复阻抗的基本方法。

3. 熟悉Smith 阻抗园图的应用。

二．实验原理

三．实验步骤

1. 测量线后接短路片。将信号调至最大，并用波长计测出工作频率f ，由此计算导波长λg 。计算导波长时，需矩形波导宽边的长度，

实验室所用的BD20系列波导的a=2.286cm。λg=λ/√1-(λ/λc)^2, λc=2a。

2. 在测量线后接短路片，用交叉读数法测出各最小点位置Dmin （需将系统灵敏度调至最佳状态，以提高最小点为止的测量精度），求导波长λg 。并与上面计算得的λg 相比较。

3. 在测量线后接匹配负载，用直接法测出其驻波系数。

4. 在测量线后接膜片+匹配负载，用直接法、二倍最小法、功率衰减法测量其驻波系数，并测出其最小点位置（均需用交叉度数法测量）。计算该负载的输入阻抗及输入导纳。功率衰减器的刻度通过查表得到衰减量（dB ）。

5. 取下负载，测量线开口，测一下此时的驻波系数ρ及Dmin ，计算终端开口时的等效阻抗值。

6. 在测量线后接短路片，测量晶体检波律。

四．实验数据和计算过程：

1测量线后接短路片：

螺旋测微计读数为8.46mm ，经查表对应的频率为9.37GHZ 。根据公式λg=λ/√1-(λ/λc)^2，λ=c/f，λc=2a，经计算求出 λg=4.48cm

2. 测量线后接短路片：

3. 交叉读数法的数值分别为115mm 、108.3mm 和92.5mm 、85.8mm 。对应的Dmin1=111.65mm和Dmin2=89.15mm。

∆Dmin=22.5mm，λg=2∆Dmin=4.5cm。与上一组测得的结果4.48相比，相差不到0.5%。

3. 测量线后接匹配负载：

4. amax=1000，amin=920。在此默认晶体检波律为n=2，所以ρ=√amax/amin=1.043

4. 测量线后接膜片＋匹配负载：

①直接法：ρ=√amax/amin=√1000/36=5.27.

②二倍最小法：ρ=√1+1/[sin（piW/λg ）]^2,W=87.7-85=2.7mm λg=4.5cm,计算得ρ=5.43.

③功率衰减法：ρ=10^(∆A/20),

∆A=Amax-Amin=17.9-2.4=15.5dB,计算后得ρ=5.96.

④最小点位置为(87.7+85)/2=86.35mm.参考面位置为

89.6mm ，因此dmin=-3.25mm(因为最小点位置在参考面的负载段方向) 。ρ取平均值为5.53计算公式为：Z=1-jρtan （βdmin ）/ρ-jtan （βdmin ），β=2pi/λg 经计算归一化阻抗Z=0.22+0.47j，归一化导纳Y=0.81-1.74j

5. 测量线开口：

ρ=10^(∆A/20)，∆A=Amax-Amin=8.7-4.3=4.4dB，计算后得ρ=1.66，Dmin=(104.4+87.2)/2=95.8mm.dmin=6.2mm 计算公式为：Z=1-jρtan （βdmin ）/ρ-jtan （βdmin ），β=2pi/λg 经计算终端开口的等效归一化阻抗值为Z=0.95-0.5j，归一化导纳 Y=0.824+0.434j。

6. 测量线后接短路片：

经计算，有：

Dmin=89.6mm,d1=11.7mm,d2=9.7mm,d3=8.7mm,d4=7.8mm,d5=7mm,d6=6.3mm,d7=5.5mm,d8=4.8mm,d9=3.8mm,d10=1.8mm.

a 相对=1，E 相对=0.998；a 相对=0.9，E 相对=0.977;a相对=0.8，E 相对=0.937;a相对=0.7，E 相对=0.886;a相对=0.6，E 相对=0.829;a相对=0.5，E 相对=0.771;a相对=0.4，E 相对=0.695;a相对=0.3，E 相对=0.621;a相对=0.2，E 相对=0.506;a相对=0.1，E 相对=0.249.

五．结果分析

1. 测量导波波长：经查表读出的频率为9.37GHZ ，与信号源发出的频率9.37GHZ 相吻合。两种测量方法相比较，第一种误差取决于波长计的精度和实验室中波速v 与光速的误差程度，而第二种则从

另外一个角度出发，直接在测量线上测量λg ，误差取决于读数的准确度。得出的结果为λg=4.5cm（4.48cm ）

2. 测量匹配负载的驻波系数：采用直接法测量，得出结果为 ρ=1.043，与理论值1基本吻合，负载的匹配程度很好。

3. 测量膜片+负载的阻抗：需要借助等效参考面进行计算，本实验中，采用的参考面为89.6mm 。在计算dmin 的时候会出现负值，原因是Dmin 在参考面的偏负载一端。得出的数值为：ρ=5.53，归一化阻抗Z=0.22+0.47j。

4. 测量开路时的阻抗：归一化阻抗Z=0.95-0.5j，与理论值差距很大，这里考虑空气本身是良好的微波介质，所以简单地不接负载并不能视为是理想开路条件。

5. 测量晶体检波律：选取了10个点，晶体检波律n 取值从1.66到4.53变化，由表格可见，在信号偏小的时候晶体检波律可视为2，将检波律的偏差视为测量误差进行考虑，但在信号较大时便要读取a 、E 关系曲线上的数值进行计算了。

六．思考题

1. 用测量线测微波阻抗应注意什么问题？为什么能用测等效参考面阻抗的方法确定待测阻抗？

①确定等效参考面，测出驻波比ρ导波波场λg 和最小点到负载距离dmin ，即可测出微波阻抗。

②由于测量线的位置标尺并不是从测量线终端开始刻度的，因而无法直接测量dmin 。在传输线上每隔n λg/2处的阻抗值相等，故可

以测等效参考面的阻抗确定待测阻抗。

2. 能否从你所测得的数据中求出膜片本身的阻抗？你能否考虑出测量膜片阻抗的其他方法？

①可以，因为膜片+匹配负载的并联接入，可以将输入导纳的值减去归一化匹配负载导纳1，剩余值即为膜片的导纳，再经过运算即可得到膜片的阻抗。

②可以用自动测量线直接测量膜片+负载的导纳和负载的导纳，二者直接相减。可以减小由于负载并不完全匹配所带来的误差。

3. 试比较实验中所用的三种驻波系数测量方法的特点。

①直接法：测试范围受限于检波晶体的噪声电平及平方律检波范围，通常ρ

②二倍最小法：ρ越大时，w/λg 的值就越小，因而宽度W 和导波波长λg 的测量精度对测量结果影响很大，是此种方法的主要误差来源，适用于大中驻波比如ρ>3--5.

③功率衰减法：此种方法是一种简便准确的驻波测量方法，其测量精度与晶体检波律、测量放大器的线性无关，而主要取决于衰减器校准精度和测量电路的匹配情况。

4. 测量线后不接负载，ρ=∞吗？为什么？如何得到理想的开路条件？

①不等于，因为可视为接入了空气作为负载，由于电磁波可以在空气中很好地传播，故微波中的开路无法以不接负载的方法实现。

②可以通过阻抗变换的方法，接入短路片后再接λ/4阻抗变换

器，即可得到理想的开路条件。