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 S 12=S 21，故只要测量求得 S 11、S 12 及 S 21三个量就可以了。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: a 2 = Γl b 2, 代入[S ]参数定义式得：
于是输入端（参考面 T 1）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 l 0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 l 1= 12.760mm l 2 = 36.984mm
匹配：直接法
ρ=
Γl =
3. 152
ρ-1
=0. 518ρ+1
z min 1=99. 40 z min n
λg λg =φl +(2n +1) 4π4
⇒φl 1=19. 257
Γl =Γl e j φl =0. 518e j 19. 257=Γm
短路：直接法
ρ=
Γl =
3. 323
ρ-1
=0. 537ρ+1
- 1 -
z min 1=100. 36 z min n
λg λg =φl +(2n +1) 4π4
⇒φl 1=19. 534
Γl =Γl e j φl =0. 537e j 19. 534=Γs
开路：直接法
ρ=
Γl =
. 942
ρ-1
=0. 320ρ+1
z min 1=99 z min n =
λg λφl +(2n +1) g 4π4
⇒φl 1=19. 141
Γl =Γl e j φl =0. 32e j 19. 141=Γo
S 11=Γm =0. 518e j 19. 257
2
S 12=
2(Γm -Γs )(Γo -Γm )
=2. 127
Γo -Γs Γo -2Γm +Γs
=-8. 238
Γo -Γs
S 22=
S 12=S 21=1. 458
⎡0. 5181. 458⎤[S ]=⎢⎥
⎣1. 458-8. 238⎦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。
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