微波实验二传输线上的波的测量与阻抗匹配教材
微波技术传输线阻抗匹配课件
02
卫星通信：微波技术传输线阻抗匹配在卫星通信中的应用将更加深入
03
雷达技术：微波技术传输线阻抗匹配在雷达技术中的应用将更加广泛
04
医疗设备：微波技术传输线阻抗匹配在医疗设备中的应用将更加广泛
微波技术传输线阻抗匹配的挑战和机遇
挑战：微波技术的不断发展， 对传输线阻抗匹配的要求越 来越高
机遇：随着新材料、新技术 的不断涌现，传输线阻抗匹 配的技术水平不断提高
微波技术传输线阻抗匹 配课件
演讲人
目录
01. 微波技术传输线阻抗匹配原 理
02. 微波技术传输线阻抗匹配实 例
03. 微波技术传输线阻抗匹配实 验
04. 微波技术传输线阻抗匹配发 展趋势
微波技术传输线 阻抗匹配原理
传输线阻抗匹配的重要性
01
保证信号传输的稳定 性：阻抗匹配可以降 低信号传输过程中的 损耗和反射，提高信
阻抗匹配的目的是使信号在传输过 程中损失最小，提高传输效率。
阻抗匹配的方法包括串联、并联、 变压器等。
阻抗匹配的应用包括天线、电缆、 电路板等。
阻抗匹配的方法
串联匹配：通过串联电感或电容， 使传输线阻抗与负载阻抗匹配
变压器匹配：通过变压器，使传输 线阻抗与负载阻抗匹配
并联匹配：通过并联电感或电容， 使传输线阻抗与负载阻抗匹配
挑战：微波技术的广泛应用， 对传输线阻抗匹配的稳定性 和可靠性提出了更高的要求
机遇：随着微波技术的普及， 传输线阻抗匹配的市场需求 不断扩大，为相关企业提供 了更多的发展机会。
谢谢
06
设定实验参数：设 定信号源的频率、 功率等参数
07
分析实验结果：分 析信号波形的变化， 得出阻抗匹配的效 果和影响因素
微波技术传输线的阻抗匹配ppt课件
本章小结
1. 微波传输线是一维分布参数电路。传输线可用于 传输微波信号能量及构成各种微波元器件。
2. 传输线方程可由传输线的等效电路导出，它是传
输线理论中的基本方程。
均匀无耗传输线方程：
d
2U( dz 2
z)
2
U(
z)
0
d
2
I( z
)
dz2
2
I(z)
0
其通解为(以终端为坐标原点)：
U(z)
(5)阻抗匹配可提高传输线的功率容量(
Pbr
1 2
Ubr Z0
2
K
)。
1
2. 阻抗匹配问题
1). 共轭匹配
目的：使信号源的功率输出最大。
条件：
Zin
Z
* g
( Rin Rg , Xin X g )
满足共轭匹配条件的信号源输出的最大功率为:
2
Pmax
Eg
Rin
2
Zg Zin
2
Eg
4Rg
2
`.
10
2. 支节调配器
支节调配器是在距终端负载的某一处并联或串联短
路或开路支节。有单支节、双支节或多支节匹配器，常
用并联调配支节。 1). 单支节匹配器 并联单支节匹配器是在距
Y~in
d
~ Y~0
Y~2 Y~1 Y~0
Y~L
负载 d 处并联长度为 l 的短路
Y~0
支节，利用调节 d 和 l 来实现
线、带状线等传输
线十分不便，解决
的办法是采用双支
节匹配器。
~l ~l
~l~E lF
0.25 0.25
~ lF B~ F
阻抗测量及匹配技术
电磁场与微波测量实验报告实验五阻抗测量及匹配技术实验题目：电磁场与微波测量实验学院：电子工程学院班级：20132112xx撰写人：xx组内成员：xxxx一、实验目的1、掌握利用驻波测量线测量阻抗的原理和方法；2、熟悉利用螺钉调配器匹配的方法；3、熟悉Smith圆图的应用；4、掌握用网络分析仪测量阻抗及调匹配的方法。
二、实验内容1、测量给定器件的阻抗和电压驻波系数，并观察其Smith圆图；2、在测量线系统中测量给定器件的Z L，并应用单螺调配器对其进行调匹配，使驻波系数ρ<。
三、实验设备1、DH1121C型微波信号源：该信号源可在等幅波、窄带扫频、内方波调制方式下工作，并具有外调制功能。
在教学方式下，可实时显示体效应管的工作电压和电流关系。
仪器输出功率大，以数字形式直接显示工作频率，性能稳定可靠。
DH1121C型微波信号源的部分组件名称和简要介绍如下：2、波导测量线实验系统：本系统是微波参数实验系统，它是由三公分微波波导元件组成，该系统主要功能可使学生通过实验学习并掌握以下基本知识：〔1〕学习各种微波器件的使用和测量方法；〔2〕了解微波在波导中的工作状态及传输特性；〔3〕了解微波传输线场型特性；〔4〕学习驻波、衰减、波长〔频率〕和功率的测量；〔5〕学习测量微波介质材料的介电常数和损耗角正切值。
波导测量线实验系统的部分组件名称和简要介绍如下：3、单螺钉调配器：负载和传输系统的匹配，就是要消除负载的反射，实际上，调匹配的过程就是调节调配器，使之产生一个反射波，其幅度和“失配元件”产生的反射波幅度相等、相位相反，从微波电路的角度，调配器起到了阻抗变换的作用。
调配器使不匹配的元件，经变换器变化到传输线的特性阻抗，从而到达匹配目的。
单螺调配器即在波导宽屏伸入一个金属螺钉，螺钉的作用是引入一个并联在传输线上的适当大小的电纳，当螺钉伸入较少时，相当于在波导传输线上并联了一个正的容性电纳，它的大小随着深度的增加而增加。
微波的技术实验指导书(二)
实验一三厘米波导测量系统一、系统结构框图图1-1 三厘米波导测量系统备注：三厘米隔离器用在精密测量中，而在一般测量中可以不加，因为在YM1123中有一个隔离器。
本章后续的六个实验均是基于该结构展开的，下面将对结构中的仪器进行一一介绍。
二、仪器、器件介绍本套系统主要用于测量微波在波导中传输时的一些基本参数，如波导波长、反射系数、阻抗及功率等。
主要用到的仪器为：YM1123微波信号发生器、波导测量线、小功率计、频率计、选频放大器、波导功率探头以及各种波导元件。
下面分别进行介绍：（一）YM1123微波信号发生器YM1123微波信号发生器是一款固态信号源，主要基于某些半导体材料（如砷化镓）的体效应来实现振荡的，具有功率大、稳定可靠等特性。
整体结构由高频部分、调制器部分、功率显示部分（对100uW的功率作相对指示）、频率显示部分及衰减显示部分、工作状态控制部分、电源部分六大件组成，其中高频部分负责产生7.5GH z～12.4GHz的微波信号，调制部分负责产生一系列脉冲信号，采用PIN调制器来实现微波信号的脉冲幅度调制。
其面板调节控制机构如下所示：1. 面板调节控制机构（1）电源开关位置。
（2）工作状态开关：按移动键可改变工作状态，指示灯也相应改变。
工作状态有：等幅（=，用于测量校准衰减器在100uW时0dB定标）、内调制（分方波和脉冲两种）、外调制（外输入脉冲信号，具有极性变换功能）及外整步。
（3）“调谐”旋钮调节可改变输出频率。
（4）“调零”旋钮调节可改变电表电气调零。
（5）“衰减调节”旋钮可控制输出功率大小。
反时针调节，信号输出增大，衰减显示减小；顺时针调节，信号输出减小，衰减显示增大。
（6）“衰减调零”为100uW基准0dB校准。
（7）“×1、×10”开关：调制信号重复频率开关。
（8）“重复频率”旋钮调节可改变调制信号重复频率。
（9）“脉宽”旋钮调节可改变调制信号脉冲宽度。
（10）“延迟”旋钮调节可改变调制信号脉冲延迟时间。
传输线理论与阻抗匹配(2015-12)
vp
1 L0C0
相波长定义为波在一个周期T内等相位面沿传输线
移动的距离。即
lpvpTvfp f2
4、输入阻抗
Zinz
Uz Iz
对均匀无耗传输线，输入阻抗计算式为
Z inzU jU 2 c 2 o s sin Z z 0 zj I2 IZ 2 c 0 s o is nz zZ 0Z Z 0 L jjZ Z L 0ttg gz z
阻抗分布：
Zin(z)Z0
由此可得行波状态下的分布规律：
(1) 线上电压和电流的振幅恒定不变；
(2) 电压行波与电流行波同相，它们的相位是位置z和时 间t的函数 ；
(3) 线上的输入阻抗处处相等，且均等于特性阻抗。
2、驻波状态(全反射状态)
当传输线终端短路、开路或接纯电抗负载时，终端的入射波 将被全反射，沿线入射波与反射波迭加形成驻波分布。驻波状 态意味着入射波功率一点也没有被负载所吸收，即负载与传输 线完全失配。
抗分别为最大值和最小值。
(波腹)
U max
I
1 Z01
Z0
min
(波节)
U min
I
1 Z01
Z0
max
(2) 每隔 l 4 ，阻抗性质变换一次；每隔 l 2 ，阻抗值
重复一次。
反射系数、驻波系数和行波系数是表征反射波大小的 参量。其数值大小和工作状态的关系如下表：
④分布电容：导线间有电压，导线间有电场。 C0为传输线上单位长度的分布电容。
平行双线和同轴线的分布参数
平行双线
同轴线
传输线物理模型 传输线元模型
有耗传输线模型 无耗传输线模型
传输线方程
《微波技术与天线》第二章 传输线理论part4
利用在传输线上并接或串接终端短路或开路的支节线。
分类
单支节匹配器 双支节匹配器 三支节匹配器
2020/3/1
12
传输线的阻抗匹配
单支节匹配器
串联单支节匹配
离负载第一个电压波腹点位置及该点输入阻抗：
lmax1 L / 4 , Z1' Z0
参考面AA’处输入阻抗为：
Z in1
1
lmax1
0.1462m
调配支节的长度为
1
l2 2 arctan
0.1831m
2020/3/1
16
传输线的阻抗匹配
单支节匹配器
并联单支节匹配
离负载第一个电压波节点位置及该点输入导纳：
lmin1 L / 4 / 4,Y1' Y0
参考面AA’处输入导纳为：
负载阻抗匹配（匹配负载） ：负载阻抗等于传输线 的特性阻抗。
负载阻抗匹配时：传输线上只有从信源到负载的入射波， 而无反射波。匹配负载完全吸收了由信源入射来的微波功 率。
负载阻抗失配时：传输大功率时易击穿，因为有驻波的存 在。
源阻抗匹配（匹配源） ：电源的内阻等于传输线的 特性阻抗。
源阻抗匹配时：给传输线的入射功率是不随负载变化的。 负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。
单支节匹配器
串联单支节匹配
要使其与传输线特性阻抗匹配，应有：
Zin Z0 R1 Z0 , X1 Z0 tan(l2 ) 0
tan(l1')
Z0 Z1 '
1
, tan(l2 )
Z1' Z0 1
Z 0 Z1 '
微波技术传输线的阻抗匹配详解
2. 阻抗匹配问题 1). 共轭匹配 目的：使信号源的功率输出最大。 * 条件： Zin Z g ( Rin Rg , X in X g ) 满足共轭匹配条件的信号源输出的最大功率为:
2
Pmax
E g Rin Z g Z in
2
Eg
2
4 Rg
2) 无反射匹配
目的：使传输线上无反射波，即工作于行波状态。 条件：Zg= ZL= Z0 。 实际中传输线的始端和终端很难做到无反射匹配， 通常在信号源输出端接入隔离器以吸收反射波，而在传 输线与负载之间使用匹配装置用来抵消反射波。 信号源
隔离器
匹配器
负载
隔离器又称单向器，是非互易器件，只允许入射 波通过而吸收掉反射波，使信号源端无反射, 以稳定 信号源的工作状态。
二、阻抗匹配的方法 阻抗匹配的方法是 在负载与传输线之间接 入匹配器，使其输入阻
Z0 Z0
匹 配 器
~ ZL
抗作为等效负载与传输线的特性阻抗相等。 匹配器是一个两端口的微波元件，要求可调以适应 不同负载，其本身不能有功率损耗，应由电抗元件构成。 匹配阻抗的原理是产生一种新的反射波来抵消实际 负载的反射波(二者等幅反相)，即“补偿原理”。 常用的匹配器有l/4 阻抗变换器和支节匹配器。
第六节 传输线的阻抗匹配
一、阻抗匹配的概念 阻抗匹配是使微波系统无反射、载行波尽量接近行 波状态的技术措施。 1. 阻抗匹配的重要性 (1) 匹配时传输功率最大，功率损耗最小； (2) 阻抗匹配可改善系统的信噪比； (3) 功率分配网络(如天线阵的馈源网络)中的阻抗匹 配将降低幅度和相位的误差； (4) 阻抗匹配可保持信号源工作的稳定性； 2 (5)阻抗匹配可提高传输线的功率容量( Pbr 1 U br K )。
华广微波实验指导书-实验二 射频传输线与开路传输线上的波
实验二射频传输线与开路传输线上的波1．实验目的(1) 了解传输线的基本原理和测量方法。
(2) 用频谱分析仪测量传输线上电磁波的波长。
(3) 通过对硬件电路的测试，使学生能随传输线的特性产生感性认识。
2．实验内容利用驻波法测量接开路负载传输线上的波长，观察波腹，波节，计算驻波比。
3．实验设备开槽传输线模块、AT5011频谱分析仪、电场探头、开路器、BNC连接线等4．实验步骤(1)．按图2-1连接好实验装置。
图2-1 设备连接图(2)．微带传输线模块测量端接开路负载。
(3)．把AT5010设置为最大衰减量（40dB 衰减器全部按下）和0扫频状态（zero scan ），按下跟踪发生器的按键，旋转中心频率的按钮，使跟踪发生器输出一个单一频率为800MHz 的信号，一旦开始测量，不能再改变跟踪发生器的输出衰减。
(4). 打开电场探头的开关，进行驻波分布曲线测试，即逐次移动探头。
当频谱分析仪上显示功率幅度为最大值和最小值即波幅点和波节点时，依次记录探头位置刻度读数D 1 ~D 6和频谱分析仪读数P 1 ~P 6，必要时可调节频谱分析仪的衰减量，注意此时功率的读数必须加上频谱分析仪的衰减量才是信号的真正幅度。
(5). 实验记录及数据处理，实验结果录入下表在实际测量中，由于波腹点附近场强变化缓慢，波腹位置不易准确测出，故一般采用波节点位置来计算波长。
因此由公式或可计算出开路情况下的波长为 。
由公式得：从而可求出开路情况下的电压驻波比为： 。
5．实验报告要求(1)．实验目的、内容、步骤及装置图。
(2)．实验结果记录，及微带传输线开路时的波长及电压驻波比。
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微波技术与天线实验报
（1）负载开路，负载短路，与负载匹配
负载开路与短路即为令终端负载L Z 为∞或0，而对于功率输出，当负载匹配时会得到最大的功率输出；对于电源电压输出，指电源内阻越小在内阻上的压降越小，会得到最大的电压输出，就是说电源的效率最大，当内阻r=0,电源的效率等于1（100%）。
（1）传输线的工作状态
传输线的工作状态取决于传输线终端所接的负载，有三种状态。
其中负载开路与短路即为令终端负载L Z 为∞或0导致传输线工作于驻波状态，Z L =Z 0时传输线工作于行波状态。
行波状态：传输线上无反射波出现，只有入射波的工作状态。
当传输线终端负载阻抗等于传输线的特性阻抗，即Z L =Z 0时，线上只有入射波（反射系数为零)。
此时
z z e U e Z I U z U ''
=+=
'γγ20222
)( z z e I e Z Z I U z I '
+'=+=
'γγ20
0222)(
对于无损耗线=γj β,则
本实验用微带传输线模块模拟测量线。
利用驻波测量技术测量传输线上的波，可以粗略地观察波腹、波节和波长，进而测量反射系数|Γ|和驻波比ρ。
若条件允许可以使用反射测量电桥以较精确地测量反射损耗。
（1）实验仪器
RZ9908综合实验箱频率合成信号发生器电场探头频谱分析仪反射测量电桥终端负载（2）实验思路
用驻波分布法测量微带传输线上电磁波的波长。
观测微带传输线上驻波分布，测量驻波的波腹、波节、反射系数和驻波比。
（3）实验过程
实验装置大致如下，应用实验箱固定模块可简化操作。
原理如下：
实验连接图如下：
微带传输线模块测量端开路（不接负载)。
把频率合成信号发生器设置成为：CENTER FREQUENCY=1000MHz，SPAN=1MHz，参考电平-30dBm，在保证信号不超出屏幕顶端的情况下，参考电平越小越好，尽量使信号谱线的峰值显示在屏幕的第一格和第二格之间。
频率合成信号发生器设置为输出频率1000MHz和最小衰减量。
如图1连接，逐次移动探头。
记录探头位置刻度读数和频谱分析仪读数，必要时可调节信号发生器的输出功率或频谱分析仪的参考电平。
改变频率合成信号发生器的输出频率为800MHz，再重复进行驻波分布测试。
用反射测量电桥来测量驻波损耗，按图2连接好实验装置
图2用反射测量电桥来测量驻波损耗
反射测量电桥的测量端，首先不接负载(开路)，用频谱分析仪测量并记录曲线1数据，然后接终端负载，用频谱分析仪测得曲线2，如图3所示。
两曲线的差值d(按10dB ／格读数)即代表反射损耗L 。
利用关系L=－20Lg|Γ|和22(1||)/(1||)ρ
=+Γ-Γ即可决定反射系数|Γ|和驻波比ρ。
实验数据及计算结果如下：。