实验五-二端口微波网络参量的测量.pdf

实验五 二端口微波网络参量的测量 一、实验目的  掌握用三点法测量任意二端口微波网络器件的散射参量。 2 二、实验原理  基本理论： 研究微波元件的特性，通常有两种方法： • 场的方法 • 网络分析法 每个微波元件，如衰减器、定向耦合器等，都可以看成一个网络， 这些网络的特点是输出功率比输入功率小，所以称为无源网络。 测量无源网络的参量，有很多的方法，并且有多种表达形式，如阻 抗参量［Z］，导纳参量［Y］，散射参量［S］等。 微波频段通常采用［S］参量，它可以比较容易用实验方法测量出 来，并且可以通过相关的公式换算成其它的参量。 3 二、实验原理（续） 一个二端口微波元件用二端口网络来表示: • a1,a2分别为网络端口”1”和端口”2”向内的入射波，b1,b2分别 为端口”1”和端口”2”向外的出射波。对于线性网络，可以用 如下线性代数方程表示：  b1  S11a1  S12 a2  b2  S 21a1  S 22 a2 4 二、实验原理（续） 矩阵形式如下：  b1   S11 b   S  2   21 S12   a1  S 22  a2  • 式中S11,S12,S21,S22组成[S]参量,它们的物理意义如下： • • • • S11=b1/a1 (a2=0) 表示”2” 端口匹配时,”1”端口的反射系数； S21=b2/a1 (a2=0) 表示”2” 端口匹配时,”1”端口至”2”端的传输系数； S12=b1/a2 (a1=0) 表示”1” 端口匹配时,”2”端口至”1”端的传输系数； S22=b2/a2 (a1=0) 表示”1” 端口匹配时,”2”端口的反射系数 5 二、实验原理（续）  测量方法： 对于无源互易二端口网络有:S12=S21,则仅有三个独立参数 测量微波网络[S]参量的方法很多，本实验主要介绍用三点法测量 任意二端口网络的[S]参量 三点法介绍如下： • 三点法是将待测网络的输出面依次短路（反射系数为－1）、开路 （反射系数为1）和接匹配负载（反射系数为0），并在输入端面 依次测量反射系数的方法。然后根据测量得到的资料代入如下公 式计 算得出［S］参量： • Γ1S对应短路点的反射系数； • Γ 对应开路点的反射系数； • Γ 对应接匹配负载时的反射系数； 1O 1L S11  1L S22    1o  1s   21L  /  1o  1s  S122  S11S22  1L  1o  1s   21o 1L  /  1L  1s  6 二、实验原理（续）  输入端面的反射系数Γ1的测量方法如下： S11 S22 S12 (S21) Γ1 Γ2 ZL T1(dT) T2 lT dT为待测网络输入端面（“1”端口）在测量线的等效位置，lT为网 络输出端面（“2”端口）在可调短路器上的等效位置 • 测模值：要求 1  1 e j，先测量驻波比S，再求得反射系数模值： 1   S 1 /  S  1 • 测相位：测量dT左边（向信号源一边）相邻驻波节点的位置dmin； 对反射系数的相角而言，离波源越近，相角越滞后，故：   720   d / g   180 , 其中d  d min  dT 7 二、实验原理（续）  实验系统框图： 8 三、实验内容及步骤  系统的调整与基本参数测量： 调整系统，使信号源工作频率为9370MHz，调整衰减，使信号源输 出合适信号。 测量系统的波导波长λg1(此次实验中无需重复测量，直接使用前面实验的 数据） • 测量线终端接短路板，用交叉读数法测量波导波长λg1，选定等效 截面dT（一个波节点的位置），记录相关数据。 测量可调短路器的波导波长λg2 • 测量线终端换接可调短路器,测量线探针准确地位置于dT位置。可 调短路器活塞由“0”刻度开始缓慢向后移动，直至测量线上dT位置 又出现驻波波节点，按交叉读数法确定此时短路活塞位置刻度值l01, 并选作lT，记录测量数据。 • 继续向后移动短路器活塞，使位置dT再次出现驻波波节点，按交叉 读数法确定时活塞位置的刻度l02，计算输出波导的波导波长λg2，记 录测量数据。 9 三、实验内容及步骤(续)  用三点法测量“单螺调配器＋微波衰减器”的散射参量： 测量线与可调短路器中间接入待测元件，使单螺调配器位于正中位置， 单螺钉深度约5mm，微波衰减器衰减量约3-4db(深度4~5mm)。 可调短路器活塞置于lT位置，用功率衰减法测量待测量元件的输入驻波 比S，用交叉读数法测量出dT左边相邻波节点位置dmin，按公式计算Γ1S， 记录测量数据。 可调短路器活塞置于（lT＋λg2／4）位置，测量出S和dmin，计算Γ1O，记 录测量数据。 取下可调短路器，待测元件终端接匹配负载，测出S和dmin，计算Γ1L，记 录测量数据。 10 四、报告处理  根据测量的数据计算所测二端口微波器件的散射参数（S参数）。 11 五、思考题  如果用三点法测量单螺钉（后面不接衰减器）的散射 参量有什么困难？  能否用三点法测量铁氧体隔离器的散射参量，为什么？ 12