微波实验》2005.9 科大实验教学指导书exp3

### 微波实验教学指导书：单口元件阻抗测量 #### 实验目的与意义 在微波领域，单口元件的阻抗测量是至关重要的技术环节，它不仅关乎到元件性能的评估，还直接影响到整个微波系统的设计与优化。中国科技大学微波与天线实验室设计的这一实验，旨在让学习者掌握测量单口网络器件阻抗参数的基本原理与方法，熟悉Smith园图的应用，以及学会运用多种方法测定波导元件的阻抗特性。通过实验，学生将深化理解微波工程的核心概念，并提升实践操作能力。 #### 实验原理详解 **阻抗测量与驻波测量的关系** 实验的核心在于理解阻抗测量可以转化为驻波测量问题。具体而言，通过测量终端负载阻抗导致的传输线驻波分布变化，可以间接获得阻抗参数。理论上，波导终端的归一化阻抗ZL与波导波长λg、驻波比S及驻波节点位置dmin之间存在直接关系。通过公式推导，我们可以得出阻抗的实部RL和虚部XL与这些参数的数学表达式，从而实现阻抗的精确测量。 **等效截面法** 在实际操作中，由于测量线结构的限制，直接测量从被测元件输入端口到第一个波节点的距离dmin可能较为困难。等效截面法巧妙地解决了这一难题。通过在测量线终端引入金属板短路，建立纯驻波分布，然后选取一个等效截面（T-T），该截面到下一波节点的距离dT’-dT就可以等效为所需的dmin，进而完成阻抗测量。 **膜片介绍与测量** 膜片是微波实验中常见的无源元件，其厚度t满足特定条件时，可视为并联导纳电路的一部分，具有电容或电感性质。实验中，通过匹配负载法或短路活塞法来测量膜片的电纳B，前者通过在膜片后方接入匹配负载，测量系统驻波比、波导波长和dmin，利用公式或阻抗圆图求解；后者则利用波导短路面前特定位置的特性，直接获取膜片的输入导纳，从而计算电纳值。 #### 实验操作要点 1. **掌握测量线技术**：了解如何搭建测量线系统，包括正确连接测量线、终端负载和信号源，确保系统稳定可靠。 2. **熟练使用Smith园图**：熟悉Smith园图的使用方法，包括如何在图上表示阻抗或导纳，以及如何利用图解法求解阻抗参数。 3. **膜片的识别与处理**：学会识别不同类型的膜片（容性或感性），并掌握正确的安装与测量技巧，避免测量误差。 4. **数据分析与结果验证**：实验数据的记录、分析与结果验证是实验成功的关键。学生应学会如何准确记录测量数据，运用理论公式进行计算，并对比理论值与实验值，分析误差来源。 #### 结论 中国科技大学微波与天线实验室的“单口元件阻抗测量”实验，不仅提供了理论与实践相结合的学习机会，更强调了对微波工程中核心概念的理解与应用。通过这一系列的实验操作，学生将能够熟练掌握微波元件的阻抗测量技术，为后续的微波系统设计与优化打下坚实的基础。