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 21L / 1o 1s S122 S11S22 1L 1o 1s 21o 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