实验五--微波电压驻波比与反射系数的测量

实验五--微波电压驻波比与反射系数的测量

实验五微波电压驻波比与反射系数的测量、分析与计算

一、实验目的

(1)学会驻波比的测量、分析和计算；

(2)通过驻波比及驻波波节点测量数据，学

会分析和计算反射系数。

二、实验原理

在任何的微波传输系统中，为了保证传输效率，减少传输损耗和避免大功率击穿，必须实现阻抗的匹配。描述系统匹配程度的参数有电压驻波比和反射系数。

驻波比测量是微波测量中最基本和最重要的内容之一。在传输线中若存在驻波，将使能量不能有效地传给负载，因而增加损耗。在大功率情况下由于驻波存在可能发生击穿现象。因此驻波测量是非常重要的内容。在测量时，通常是测量电压驻波比，即波导中电场(电压) 最大值与最小值之比，即：

测量驻波比的方法与仪器有多种。驻波比的各种测量方法如表5-1 所示。

表5-1 驻波比的各种测量方法

测量方法适用范围特点

直接法

中、小驻波比 (ρ<6)

测量方法简便，测量误差除与信号源和测量线的系统有关外，主要决定于指示器的读数误差 等指示度法 大驻波比

(ρ>6) 测量方法简单，ρ 值测量时需要确定晶体检波律。测量误差决定于等指示度宽带 w 的读数误差，探针导纳对测量精度影响较小

功率衰减法 任意驻波比(常用

于测量大驻波比) 测量方法复杂，标准衰减器两端匹配良好(ρ<1.02)时可得到较高精度 移动终端法 小驻波比

(ρ<1.1) 能分离两个混合在一起的小反射波，测量精度与直接法相同，由于已将两种反射分离开，所以准确度大大提高

S 曲线法(即

节点偏移法) 任意驻波比(常用于测量小驻波比) 测量方法复杂，测量准确度较高，但测量精度受到信号源的频率

漂移影响较大

本实验仅介绍直接法和等指示度法。

1. 直接法

直接测量沿线驻波的最大点和最小点场强，

由式(5-1)直接求出电压驻波比的方法称为直接

法。此方法适用于中小电压驻波比 (ρ<6) 的测

量。

若驻波波腹点和波节点处电表指示读数分

别为 I max 、I min ，对于小驻波比，晶体二极管为

平方律(n =2)检波时，则上式驻波比为：

min max min max

I I E ==E ρ （5-2）

当电压驻波比在 1.05<ρ<1.5 时，驻波的最

大值和最小值相差不大，且不尖锐，不易测量准。

为了提高测量准确度，可移动探针座到几个波腹

点和波节点，实际测量多个数据，并记录数据，然后取平均值。按下式计算驻波比 (n =2) ： n n I I I I I I U U

min 2min 1min max 2max 1max min max

.ΛΛ++++==ρ （5-3）

若检波律 n≠2 时 ，则采用下式计算驻波

比：

⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++==n n I I I I I I n U U

min max 2min 2max 1min 1max min max

1Λρ （5-4）

在选频放大器的指示刻度上，有两条驻波比

的刻度线：其中一条的驻波比范围是 ≤4 ，另一

条的驻波比范围是 ≤10 。由此，利用选频放大

器可以测量出驻波比≤10 的负载驻波比。这两条

驻波比刻度线都是按平方检波律标准标注的。当

驻波比超出第一条驻波刻度线所标的范围值时，可以试着将选频放大器的增益增大一档，然后读

取第二条驻波刻度线上的数值，但换挡时会引入

较大的测量误差。一般选频放大器的分贝量程置

于 50 dB (或 60dB) 档。

2. 等指示度法

等指示度法适用于测量大、中电压驻波

(ρ>6) 。如果被测元器件驻波比较大，驻波波节

点和波腹点电平相差悬殊，因而在测量最大点和

最小点电平时，会使晶体检波二极管工作在不同的检波律，若仍按直接法测量大驻波比将引起较大误差，此时常采用等指示度法。等指示度法是测量驻波图形波节点两侧附近的场分布规律，从而求得驻波比的方法，因此该方法能克服直接法测量的缺点。

已知传输线上沿线驻波分布的相对场强

Eˊ= E/Emax 与终端反射系数的关系为：

式中，z为离终端的距离，φL为终端反射系数ΓL 的幅角，β=2π/λg 为传输线的相移常数，λg 为波导波长。根据式(4-2)的晶体检波特性，在等指示度点获得的电流指示值为：

而在波节点(在波节点有

cos(2πw/λg)z=cosnπ)获得的电流指示值为：

式中的C为比例常数，n为检波律，w=2d 为两等指示度对应点之间的距离。引入比值K

则得：

引入三角公式cos2θ=2cos θ-1 及关系式

|Γ|=(ρ-1)/(ρ+1)，经变换得：

图5-1 示出了驻波节点附件的电场分布

曲线和需要测量的有关量。

图5-1 波节点附近驻波分布曲线通常测量i 左或右=2i min 的两个等指示度点（即取K=2）所对应的探针位置间的距离w=|d2-d1|，当探针晶体为平方律(n=2)检波时，传输线中的驻波比为：

该方法也可称为“二倍最小值法或三分贝

法”。当ρ>10 时，sin(πw /λg )很小，则上式可简化为

可见，用等指示度法测量驻波比实际上是测量等指示宽度 w 和波导波长λg 。等指示度法测量驻波比的精度主要取决于 w 测量精度，因此一般在测量线上要加装用百分表来测量 w 。

根据终端反射系数的模值|Γl | 与驻波比有如下关系： 11

+-=Γρρl （5-13）

和终端反射系数的相位φl 与节点位置 z min n 的以下关系：

()414min g l g n z λφπλ++=2n

（5-14）

可以计算得到反射系数。

三、实验内容和步骤

(根据待测负载情况选用直接法或等指示度法测量驻波比，如：待测负载为小驻波比(ρ<6)