实验四 输入阻抗测量及匹配技术

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1、大连理工大学实验预习报告姓名：牛玉博班级：电通1202学号：201201203实验四输入阻抗测量及匹配技术一、实验目的与要求1.应用阻抗圆图，根据测得的数据求任意负载的输入阻抗；2.了解调匹配的基本原理和方法，加深对匹配意义的认识；3.掌握常用调匹配器的使用方法和调配技巧。二、实验内容与原理1.实验内容1)求任意负载的输入阻抗；2)用不同形式的匹配器进行匹配的使用方法和调配技巧。2.实验原理1)阻抗测量的基本原理输入阻抗是微波元器件或天线系统的主要参数之一，所以阻抗测量就显得尤其重要。本实验旨在学习用驻波测量线测量单端口微波元件输入阻抗的方法。根据传输线理论，微波传输系统中驻波分布与

2、终端负载阻抗有关系。表征驻波特性的两个参量，驻波比ρ及香味βLmin与负载阻抗的关系如下：ZL=1-jρtanβdminρ-jtanβdmin（4-1）式中ZL为归一化负载阻抗，即单端口微波元件的输入阻抗，ρ为驻波比，Lmin为终端负载至相邻驻波点的距离，参见图4-1图4-1终端负载至相邻驻波节点的距离在测量线的输出端接上待测元件，分别测量驻波比ρ、波导波长λg及距离Lmin，并将测得的数据带入式（4-1）中，或者根据阻抗（或到哪）圆图就可以计算出待测元件的输入阻抗（或输入导纳）。在测量Lmin时，由于测量线结构的限制，直接测量待测元件的输入端面到相邻驻波节点的距离有困难，所以，在实

3、际测量中常采用“等效截面法”进行测量。首先让测量线短路，沿线的驻波分布如图4-2（a）所示，移动测量线探针于测得的某一驻波点上，该点位置记为dT，该点与终端距离应为半波长的整数倍，即n=λg2（n=1，2，3……）此位置就是待测元件输入端面在测量线上的等效位置T。图4-2等效截面法示意图当测量线终端换接待测元件做负载时，系统的驻波分布如图4-2（b）所示，用测量线测得dT左边（向波源方向）的相邻驻波节点的位置dmin，即为终端相邻驻波节点的等效位置，即：Lmin=dmin-dT。由公式（4-1）便可计算出待测元件的输入阻抗ZL。为了工程设计的方便，通常采用阻抗圆图来进行求解。1)匹配

4、技术匹配是微波技术中的一个重要概念，通常包含两方面的含义：一是微波源的匹配，而是负载的匹配。是系统的传输功率最大并能减小传输线的损耗等等。从测量角度来说，良好的匹配能够减小频率牵引所带来的影响。因此，熟悉、掌握调匹配的原理和调匹配的技巧，对分析和解决微波技术中的实际问题具有十分重要的意义。调匹配的方法有很多，可根据不同的场合需要灵活选用。对于固定的负载，通常采用在系统中接入隔离器、膜片、销钉、谐振窗等方法以达到匹配的目的；而对于变动的负载，可以采用接入滑动单螺钉、多螺钉及单短截线等各种类型的匹配器的方法达到匹配的目的。本实验是利用单螺钉及多螺钉匹配器来调匹配喇叭天线。调配过程从物理意

5、义上来说，就是调节调配器使它产生一个反射波，其幅度和“失配元件”所产生的反射波幅值相等，相位相反，从而抵消“失配元件”在系统中引起的反射。(1)单螺钉匹配器图4-3（a）为单螺钉匹配器的结构示意图。它是插入在矩形波导中的一个穿深度可以调节的螺钉，并可沿着矩形波导宽壁中心的无辐射缝做纵向移动。其匹配原理用图4-3（b）来说明。图4-3匹配原理图假设系统终端导纳YL处在圆图A点的位置上，当参考面从负载向波源移动时，传输线输入导纳由A点沿等ρ圆顺时针方向移动，到达位置BB面时（与g=1的圆相交），输入导纳YB=1-jb，电纳为感性的。又因为波导宽壁插入一个直径d≪λg，出入深度t<λg4的

6、螺钉时，等效于在传输线上并联一容性电纳，改变螺钉深度，即能改变容性电纳值÷jb';因而BB截面上总的归一导纳为YB'=YB+jb'=1-jb+jb'。若调节螺钉深度t，至b'=b时，则YB'=1，圆图上BB面的导纳逐渐移动到0点、及匹配点，从而使系统达到匹配。(1)三螺钉匹配器为了达到匹配，必须使CC面向负载看总输入归一化导纳YC’=1，故必须使CC面右方向负载看的输入导纳YC’位于g=1，导纳为感性的半个单位圆上，同时，必须使BB面左右向负载看的输入导纳YB’位于“辅助半圆”上（如图中虚线所示）三螺钉匹配器是在矩形波导宽壁中心处，由三个彼此相距为λg/4（或者λg/8）、相对位置固

7、定、穿深度可以调整的螺钉组成的，其等效电路如图4-4（a）所示。其匹配原理简单说明如下：首先简单介绍一下双螺钉匹配器（即利用螺钉B、C）的调匹配过程，图4-4（b）。图4-4三螺钉匹配器及调匹配原理示意图为了达到匹配，必须使CC面向负载方向看，其总的输入归一化导纳YC’=1；这样，就必须使CC面右方向向负载看的输入导纳YC位于g=1、电纳为感性的半个单位圆上；同时，还必须使BB面左方向向负载看的输入导纳YB’位于“辅助半圆”上（如图中虚线所示）。依据上述结