实验六微波归一化阻抗特性测量、分析和计算
一、实验目的
(1) 结合波导波长和驻波比的测量，学会微波阻抗的测量、分析和计算； (2) 理解归一化阻抗特性与阻抗圆图的关系； (3) 学会使用阻抗圆图表示归一化阻抗。
二、实验原理
终端反射系数的模值|Γl| 与驻波比有如下关系：
?l???1??1（6-1）
终端反射系数的相位φl与驻波节点位置 dminn有以下关系：
终端反射系数的相位φl与驻波腹点位置 dmaxn有以下关系：
通过测得的驻波比及波节点位置，在阻抗圆图中标注对应的位置，读出其刻度即可得出归一化阻抗。
亦可根据波导主模特性阻抗 ZTE10 及测得的驻波比ρ和第一波节点位置 dmin1 可得终端负载阻抗为（参见教材中习题 1.3）：
Zl?ZTE101?j?tan?zmin1(6-4)
??jtan?zmin1其中，ZTE10?120?1???2a?2，??2??g。
而归一化负载阻抗：
图 6-1 容性、感性膜片归一化阻抗测试原理示意图
膜片介绍：在波导中垂直放置如图 6-2 的铜片(称为膜片)。理论分析表明，当膜片厚度 t 满足δ< 图 6-2 波导膜片 图 6-2(a)所示膜片开槽的宽边与标准波导的宽边 a 相同，而槽的高度 bˊ小于标准波导高度 b，膜片开槽处电场更为集中，有电容作用，故称为容性膜片。图 6-2(b)所示膜片开槽的宽边 aˊ小于标准波导的宽边 a，而槽的高度 bˊ与标准波导高度 b相同，膜片开槽处磁场更为集中，有电感作用，故称为感性膜片。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 在一级近似下可表示为： 匹配负载法测量膜片的电纳是测量膜片阻抗的方法之一。该方法是把膜片接入波导末端，在它的后面再接上匹配负载，只要测得的驻波比ρ、波导波长λg 和 dmin，应用式(6-5)或阻抗圆图即可求得膜片的归一化阻抗(即归一化电纳值)，图 6-1 为实验原理示意图。具体计算过程如下： (1) 用驻波比ρ、波导波长λg 和 dmin 计算电纳 B： (2) 用ρ计算|B| ，用 dmin 确定其性质(即正负号)： (3) 用 dmin计算 B： 三、实验内容和步骤 1.连接和开通测试系统 ① 按图 1-1 所示连接微波测量系统； ② 打开信号源、选频放大器的电源，将信号源设置在内调制（方波）状态，将衰减器调整到合适位置。 ③ 在终端接上短路板(负载)，调节探头座位置和衰减器，使选频放大器输出指示表有对应的指示。得到测量线在不同标尺位置时与选频放大器指示刻度之间有比较灵敏的对应关系。 2.测出波导波长λg (参考实验三中的方法) 从负载端开始旋转测量线探头座位置，使选频放大器指示最小，至少找出两个波节点的位置。根据两节点间距为半波长，由λg=2(dmin2－dmin1) ，可得出波导波长λg 。数据记入表 6-1 ； 3.确定等效参考面的刻度值 dmin0 ① 将测量线探头座移至中间位置； ② 测量线输出端仍接短路板； ③ 找出波节点(尽可能开大选频放大器的增益，如旋到 60dB 档处)，记录测量线标尺的起始位置(如 161.20mm)，并记入表 6-2； 4.测量 “容性膜片+匹配负载”的归一化阻抗 ① 在终端处，拆下短路板，换接上容性膜片和匹配负载；(如此时标尺起始刻度值为 161.20mm)； ② 调节测量线探头座，向负载方向移动，找出波节点(即选频放大器的指示为最小处)，读出标尺值，并记录；(如 143.00mm)； ③ 测出“容性膜片+匹配负载”的驻波比(参考实验五)，(例如ρ ≈ 1.3 )；相关数据计入表6-2。用式(6-5)计算归一化负载阻抗。 *或采用阻抗圆图计算： ① 根据阻抗圆图的原理，可在阻抗圆图上标出移位值： 如 l =d/λg =18.2/44.7 ≈0.41 ，其中 d =161.20-143.00=18.2 为波节点的移位值. ② 将阻抗圆图标尺逆时针旋转，并对至(如 0.41)处，在圆图标尺 K 刻度上找出ρ ≈1.3 的交叉点，读出实轴值(为 0.88)和虚轴值(为 0.2)，并得出归一化阻抗 z=0.88-j0.2 。 5.测量 “感性膜片+匹配负载”的归一化阻抗 ①在测量线输出端换接上短路板，并在测量线标尺中间的位置找出波节点，记录标尺刻度 (如 161.20mm)； ②在测量线输出端，拆下短路板，换接上感性膜片和匹配负载； ③调节测量线探头座，向信号源方向移动，找出波节点(即选频放大器的指示为最小处)，读出标尺值，并记录 (如 156.60mm) ； ④测出“感性膜片+匹配负载”的驻波比(参考实验五)，例如ρ ≈ 1.9 ；相关数据计入表 6-3. 用式(6-5)计算归一化负载阻抗。 *或采用阻抗圆图计算： ①根据阻抗圆图的原理，可在阻抗圆图上标出移位值; 如 l =d/λg =4.6/44.70 ≈0.103 ，其中 d =161.20-156.60=4.6 为波节点的移位值 ②将阻抗圆图标尺顺时针方向旋转，并对在(如 0.103)处，在圆图标尺 K 刻度上找出ρ ≈ 1.9 的交叉点，读出实轴值(为 0.70)和虚轴值(为 0.45)，并得出归一化阻抗 z=0.7-j0.45 。)