实验四单口元件的阻抗测量
实验四 单口元件的阻抗测量
实验目的实验原理实验内容报告要求实验目的掌握应用测量线技术测量单端口微波器件阻抗参数的原理和方法熟悉Smith园图在阻抗测量上的应用。·运用不同方法测定波导元件的阻抗特性。2017/3/31中国科大信息与计算机实验教学中心
实验目的 实验原理 实验内容 报告要求 • 掌握应用测量线技术测量单端口微波器件阻抗参数的原理和方法。 • 熟悉Smith园图在阻抗测量上的应用。 • 运用不同方法测定波导元件的阻抗特性。 实验目的 2017/3/31 中国科大信息与计算机实验教学中心 2
实验目的实验原理实验内容报告要求驻波与阻抗的关系·传输线中驻波分布与终端负载阻抗有关，由传输线理论可以证明波导终端的归一化阻抗Z=R,+iX,与传输系统的波导波长入g，驻波比S和驻波节点位置dmi有下列单值的对应关系式：(1- S°ctgBd minSX.Rt =$° cos" βdmn + sin' βdmnS?ctg°βdmin +1。而负载归一化导纳Y=G,+jB,为：SctgBdGL=-B, $? sin* Bd mn + cos? d minS? + ctg°βd min2017/3/31中国科大信息与计算机实验教学中心3
实验目的 实验原理 实验内容 报告要求 • 传输线中驻波分布与终端负载阻抗有关，由传输线理论可以证明波导终端的 归一化阻抗ZL＝RL+jXL与传输系统的波导波长λg，驻波比Ｓ和驻波节点位置 dmin有下列单值的对应关系式： • 而负载归一化导纳YL=GL+jBL为： 驻波与阻抗的关系 min 2 min 2 2 S cos d sin d S RL 1 1 min 2 2 min 2 S ctg d S ctg d X L min 2 min 2 2 S sin d cos d S GL min 2 2 min 2 1 S ctg d S ctg d BL 2017/3/31 中国科大信息与计算机实验教学中心 3
实验目的实验原理实验内容报告要求阻抗测量由公式可见，阻抗测量的问题可以归结为驻波测量的问题：在测量线的输出端口接上待测的单口元件后，分别用交叉读数法测出波导波长入g直接法测出驻波比S·等效截面法测出驻波极小点位置d·根据传输线的图解法原理，根据测得的S，dmin和入g，可以利用SMITH圆图或者相关公式，求解归一化阻抗或导纳，甚至膜片的归一化电纳值。2017/3/31中国科大信息与计算机实验教学中心
实验目的 实验原理 实验内容 报告要求 • 由公式可见，阻抗测量的问题可以归结为驻波测量的问题：在测量线的输出 端口接上待测的单口元件后， 分别用 • 交叉读数法测出波导波长λg • 直接法测出驻波比Ｓ • 等效截面法测出驻波极小点位置dT • 根据传输线的图解法原理，根据测得的Ｓ，dmin和λg，可以利用SMITH圆图 或者相关公式， 求解归一化阻抗或导纳，甚至膜片的归一化电纳值。 阻抗测量 2017/3/31 中国科大信息与计算机实验教学中心 4
实验目的实验内容报告要求实验原理等效截面法阻抗测量涉及到相位测量，需要测量出从被测微波元器件的输入端口向信号源方向到达第一个波节点之间的距离dmin。但由于受到测量线结构的限制，探针通常难以到达距实际输入端口为dmi处。为此，需在探针能够到达范围内选择一个等效截面(T-T），再由(T-T)面确定dmin。·测量线输出端口短路，测量线中建立起纯驻波分布。根据驻波分布重复性原理（入g/2周期），在测量线探针能到达范围内选一合适波节点作为终端等效截面位置（见后图）。·测量时，测量线终端接上待测的微波元器件，测量系统中的驻波分布取决于待测元器件的输入阻抗（见图中实线）。·由图可见，从T-T截面到T-T'截面之距d--d.就等效于从器件输入端口向源方向到第一个波节点之距dmin=|d-d.l2017/3/31中国科大信息与计算机实验教学中心
实验目的 实验原理 实验内容 报告要求 • 阻抗测量涉及到相位测量，需要测量出从被测微波元器件的输入端口向信号 源方向到达第一个波节点之间的距离dmin。 • 但由于受到测量线结构的限制，探针通常难以到达距实际输入端口为dmin处。为此，需 在探针能够到达范围内选择一个等效截面(T-T)，再由(T-T)面确定dmin。 • 测量线输出端口短路，测量线中建立起纯驻波分布。根据驻波分布重复性原理（ λg/2 周期），在测量线探针能到达范围内选一合适波节点作为终端等效截面位置（见后 图）。 • 测量时，测量线终端接上待测的微波元器件，测量系统中的驻波分布取决于 待测元器件的输入阻抗（见图中实线）。 • 由图可见，从T-T截面到T’-T’截面之距dT’ -dT就等效于从器件输入端口向源方向到第一个 波节点之距dmin=|dT’ -dT | 等效截面法 2017/3/31 中国科大信息与计算机实验教学中心 5
实验目的实验原理实验内容报告要求原理图用等效截面法测量dminfa(e)(a)dr2017/3/31中国科大信息与计算机实验教学中心
实验目的 实验原理 实验内容 报告要求 用等效截面法测量dmin 原理图 2017/3/31 中国科大信息与计算机实验教学中心 6
实验目的实验原理实验内容报告要求膜片介绍注意：连接时要正确对齐(a)感性膜片+(a）容性膜片理论分析表明：当膜片厚度t满足6<<t<<入g.时，它的等效电路为一并联的导纳Y=G+B（6是金属膜片的趋肤深度）便传输引起不连续。。（a）图所示膜片有电容作用，故称为睿性膜片工（6）图所示膜片有电感作用，称为感性膜片。由于膜片的损耗极小，通常把它们的电导分量G忽略，而电纳B在一级近似下可以表宗为：4b元b·容性膜片：8Incso2b元ga元·感性膜片：B=ctsa2a2017/3/31中国科大信息与计算机实验教学中心
实验目的 实验原理 实验内容 报告要求 • 理论分析表明：当膜片厚度t满足δ<<t<<λg 时，它的等效电路为一并联的导纳 Ｙ＝ Ｇ＋jＢ，（δ是金属膜片的趋肤深度）,使传输引起不连续。（a）图所示膜片有电 容作用，故称为容性膜片，(b)图所示膜片有电感作用，称为感性膜片。由于膜片的 损耗极小，通常把它们的电导分量G忽略，而电纳B在一级近似下可以表示为： • 容性膜片: • 感性膜片： 膜片介绍 b b b B g 2 ln csc 4 ' a a ctg a B g 2 ' 2 注意：连接时， 要正确对齐 2017/3/31 中国科大信息与计算机实验教学中心 7
实验目的实验原理实验内容报告要求匹配负载法测膜片的电纳匹配负载法即将待测膜片接在测量线终端，再在待测膜片后接上匹配负载，构成组合单口元件。·根据阻抗测量的方法测出驻波比，波导波长和dmini·应用下列方程或使用阻抗圆图求得膜片的归一化电纳值B·用S，波导波长和dmin计算B：B- (s2-1ergpdm.S"+cig"pd..·用S计算IBI，用dmin确定其性质（即正负号）：－·当时，B>0,呈容性，当时，B<0，呈感性；2017/3/31中国科大信息与计算机实验教学中心8
实验目的 实验原理 实验内容 报告要求 • 匹配负载法即将待测膜片接在测量线终端，再在待测膜片后接上匹配负载， 构成组合单口元件。 • 根据阻抗测量的方法测出驻波比，波导波长和dmin; • 应用下列方程或使用阻抗圆图求得膜片的归一化电纳值Ｂ • 用Ｓ，波导波长和dmin计算Ｂ: • 用Ｓ计算|B|， 用ｄmin确定其性质（即正负号）： • 当 时，B>0,呈容性，当 时，Ｂ<0，呈感性； 匹配负载法测膜片的电纳 min 2 2 min 2 1 S ctg d S ctg d B S S B 1 4 min 1 g d 2 1 4 1 min g d 2017/3/31 中国科大信息与计算机实验教学中心 8
实验目的实验原理实验内容报告要求匹配负载法测膜片电纳原理图T-T面·结构示意图匹配负载YinjBY,=11·等效电路·感性膜片驻波分布·容性膜片驻波分布dmin2017/3/31中国科大信息与计算机实验教学中心
实验目的 实验原理 实验内容 报告要求 • 结构示意图 • 等效电路 • 感性膜片驻波分布 • 容性膜片驻波分布 匹配负载法测膜片电纳原理图 Yin jB YL=1 dmin dmin T-T面 匹配负载 2017/3/31 中国科大信息与计算机实验教学中心 9
实验目的实验原理实验内容报告要求短路活塞法是测量膜片电纳的另一种方法。它的基本原理是在波导短路面前(2n+1)入g/4处是波导的开路截面，该处从信号源向负载方向看去的输入导纳为零。如果在这个面上接入膜片，见后图，则该参考面上的输入导纳Yin就是膜片的导纳B，即有Yin=jB。·对于纯电纳性负载jB，因为其--1，故S=α。可以证明，对于纯电纳性负载jB,只要测定了驻波节点dmin，则利用下式即可算出B值来。当然也可根据入g，dmin，和S=利用Smith圆图来求取B值。B= ctgβd min2017/3/31中国科大信息与计算机实验教学中心10
实验目的 实验原理 实验内容 报告要求 • 是测量膜片电纳的另一种方法。它的基本原理是在波导短路面前(2n+1) λg/4 处是波导的开路截面，该处从信号源向负载方向看去的输入导纳为零。如果 在这个面上接入膜片，见后图，则该参考面上的输入导纳Yin就是膜片的导 纳jB，即有Yin=jB。 • 对于纯电纳性负载jB，因为其 ， 故S=∞。可以证明，对于纯电纳 性负载jB,只要测定了驻波节点dmin，则利用下式即可算出B值来。 • 当然也可根据λg，dmin，和S＝∞利用Smith圆图来求取B值。 短路活塞法 dmin B ctg 1 1 1 jB jB 2017/3/31 中国科大信息与计算机实验教学中心 10