阻抗测量及匹配技术

阻抗测量及匹配技术
一、实验目的
1、掌握用测量线测量阻抗的原理和方法。
2、学习匹配技术。
3、熟悉Smith 园图的应用。
二、实验原理
微波元件或天线系统的输入阻抗是微波工程中的重要参数，本实验学习微波测量
线测量单端口微波元件输入阻抗的方法。
由传输理论可知，传输系统中驻波分布与终端负载阻抗直接有关，表征驻波特性
的两个参数，驻波比ρ及相位Blmin 与负载阻抗的关系如下式所示：

lmin 是总终端负载至相邻驻波节点的距离，图5-1 所示。因此只需在测量线的输
出端接上待测负载，分别测量驻波比ρ、波导波长λg 和距离lmin，可用式（5~1）
或根据阻抗圆图计算待测元件的输入阻抗。

图5-1 终端负载至相邻驻波节点的距离
实际测量中常用“等效截面法”。首先让测量线终端短路，沿线驻波分布如图5-2(a)
所示，因而移动测量线探针可测得某一驻波节点位置d T，它与终端距离为半波长的
整数倍nλg/2 ，此位置即为待测元件的输入端面在测量线上等效应位置T。当测量
线终端换接待测负载时，系统的驻波分布如图(5-2(b))所示。用测量线侧得dT 左边的相邻驻波节点位置Lmin 即为终端相邻驻波节点的等效位置，所以

在测量精度要求不高时，可利用阻抗圆图来求解。图(5-2)所示阻抗图，驻波节点
处的阻抗为纯电阻，其电阻值以为圆心，以ρ为半径做一圆纯电阻轴交于A 点，由A
点沿着等ρ圆逆时针转过Lmin/λg 波长数到达T 点，点T 的读数即为待测元件的归一
化阻抗 。连接TO，并反向延长TO 交于ρ园于T’点，T’点读数为负载归一化导纳Y~c

图5-2 阻抗测量原理图
2、测量膜片的归一化阻抗

图5-3 测量膜片阻抗结构示意图及等效电路
把待测膜片接入测量系统中时，后面还接一只性能良好的匹配负载，来完全吸收
通过膜片的能量，这样测得阻抗，实际是膜片与匹配负载的总阻抗。由于这样的接法
从电路的观点来看是并联的，因此用导纳表示 较为合适，其中实部I 代
表匹配负载，而虚部±jB 则表示膜片的归一化电纳。
3、匹配技术
匹配是微波技术中的一个重要概念，通常包含两个方面的意义一是微波源的匹
配，二是负载的匹配。
在小功率时,构成微波匹配源最简单的方法，是在信号源的输出端口接一个衰减量
足够大的吸收式衰减器或隔离器，使负载反射的波通过衰减进入到信号源后的二次反
射可以忽略。负载的匹配，则是要解决如何消除负载反射的问题，因而调匹配过程的实质，就使调配器产生一个反射波，其幅度和失配元件产生的反射波幅度相等，而相
位相反，从而抵消失配元件在系统中引起的反射而达到匹配。
匹配的方法很多，对于固定的负载，通常可在系统中接入隔离器，膜片，销钉，
谐振窗以达到匹配目的，而在负载变动情况下可以接入滑动单螺、多螺等各种类型的
调配器。
单螺钉调配器
单螺钉调配器，螺钉的作用是引入一个并联在传输上的容性电纳，借助于导纳园
图很方便地求出螺钉的纵向位置L 和电纳值jB 见图5-4，图中Yin 表示被匹配负载输
入导纳，欲使负载匹配即Yin=1+j0，首先必须使螺钉所位于的平面在G=1 的圆上，
由此在圆图上求得等ρ园与G=1 园交于A 点输入导纳YA=1-jB，电纳呈感性，螺钉
电纳呈容性，改变螺钉深度，即能改变并联的容性电纳值，使Yin=1+j0，得到匹配，
滑动单一调配器能对园图上任一导纳值调配，故在理想情况下它的禁区为零。

图5-4 单螺钉调配器原理图
三螺钉调配器
三螺钉调配器：这种调配器的螺钉位置固定在传输线上，依靠调配螺钉深度得到
匹配。其调配要点先右，后左，循环多次，在调配过程中需不断观测驻波大小，使波
节点电平提高，直到波节波腹点电平接近，驻波系数最小。
调配方法：实际工作中常常采用逐步减小驻波比的方法，即先将驻波测量线的探
针置于波节位置，调整调配器，观察到指示器读数增大，就说明调配螺钉移动方向对
头，反复调整螺钉位置，直至达到所要求的驻波比，还须注意在每次调配过程中，驻
波的相位也会随着改变，因此，每当用测量线观察波节电平时，要移动探针位置，使
之真正位于波节（或波腹）点。

三 、实验仪器和装置图

图5-4 测试装置图
四、实验内容及步骤
1、按图5~4 所示检查实验装置。
2、按操作规程调整测量系统，并用频率计测量信号源工作频率，测量线终端接的是
短路片。
3、测量线终端换短路片，用交叉读数测量波导波长λg ，并确定位于测量线中间一
个波节点位置为dT，记录测量数据。
4、换上1 号负载，测量dT 左边相邻驻波节点的位置dmin，计算lmin=│dmin－dT
│，记录测量数据。
5、用功率衰减法，测量驻波比ρ，记录测量数据。
6、换二号负载测量lmin 和驻波比ρ。
7、换晶体检波器，退出调配螺钉，调节短路活塞，使输出最大，测lmin 和ρ。
8、根据lmin、ρ、λg 应用smith 圆图计算归一化阻抗Zi 和归一化导纳Yi 。
9、用三螺调配器调配晶体检波器。
测量线终端接晶体检波器，调节检波器的短路活塞，使检波器输出指示最大，保
持短路活塞位置不变，反复调节螺钉，使驻波系数至ρ<1.05 记录Imax，Imin 和ρ。
五、实验前准备
1、认真阅读实验指导书，了解阻抗测量方法和匹配技术。
2、画好数据记录表格。
六、实验报告
1、 整理数据，根据测量得到ρ，lmin，λg 应用smith 圆图计算一号二号和三号负载的归一化 Z~ 和 Y~ 。和三号负载匹配时ρ值。

七、思考题
1、一号和二号中膜片各是什么负载？
2、测量膜片阻抗时为什么后面接匹配负载？
3、测量微波元件阻抗时为什么首先在测量线上确定“等效面”？
4、为什么要调匹配？调匹配过程的实质是什么？通常用的调配方法是什么？