微波技术实验讲义 

兰州大学微波技术实验室

目录 

前言 …………………………………………………………………………….2 

微波实验须知 ………………………………………………………………….2 

实验一微波测量系统的调整 ……………………………………………….4 

实验二验波系数的测量 ……………………………………………………13 

实验三阻抗测量与阻抗匹配 ……………………………………………….21 

实验四定向耦合器的参量测量 ---- 衰减测量 ………………………………30 

实验五微波相移量测量 ……………………………………………………..36 

实验六双口网络散射参量的测量 …………………..………………………43 

1

前言 

微波测量是微波技术的一个重要组成部分 , 它的发展和当代科学技术的新 

成就 , 如雷达、通讯、导航、电子对抗、空间技术、原子能研究、可控热核反应、 

射电天文学、气象学、波谱学、量子无线电等有着密切的联系。在从事微波应用、 

科研和教学工作中 , 微波测量占有十分重要的地位。尤其是微波技术中的某些问 

题在理论上尚未得到圆满的解决 , 常常有赖于实际测量的结果。目前 , 由于微波 

技术广泛应用于国民经济的许多部门和科学研究的许多领域 , 微波测量已作为常 

用的实验技术列入了近代物理的实验内容 , 因此微波测量就显得格外重要。 

微波实验课是理解和巩固微波理论 , 培养学生科学实验的基本技能和独立 

工作能力的重要环节 , 是通信工程和电子信息科学与技术专业的一门专业基础 

课。微波实验的目的在于让学生通过亲手实验 , 了解微波测量技术的特点 , 掌握 

微波测量中常用仪器及微波测量系统的调整 , 常用微波元器件的特性和测量方 

法。“ 微波实验讲义 ” 根据 1986 年 11 月召开的 “ 全国理科微波实验教材讨论会 ” 

拟订的 “ 微波技术实验教材大纲 ”, 参考我们原用的 “ 微波技术基础实验指导 ” 

讲义 , 结合多年来的教学实践编写而成 , 供通信工程专业和电子信息科学与技术 

专业学生用 , 成稿后又由微波教研室的有关同志审阅。限于编者的实际经验与理 

论水平 , 疏漏和不当之处在所难免 , 希望读者批评指正。 

微波实验须知 

一、微波试验目的 

微波实验的目的是学习微波理论与技术的重要环节之一 , 通过微波实验 , 学 

习常用微波参量 ( 如驻波比、功率、频率、反射、相位等 ) 的测量方法和技能 ; 

加深对微波理论的理解 , 以培养分析、解决实际问题的能力 ; 学会微波测量中常 

用仪器和元件 ( 如微波信号源、测量线、频率计、功率计等各种微波元件 ) 及有 

关检波指示电路等调节与使用 , 进一步学习并提高基本实验技术 ( 正确的操作和 

观察、数据处理、绘制曲线、写实验报告等 ); 培养科学的工作态度和严密、严 

格以及实事求是的工作作风。 

二、微波实验各个环节的要求 

a) 预习。预习是实验的一个重要环节 , 在每次实验之前 , 必须认真阅读实 

2

验讲义及指定参考书中有关内容 , 明确实验目的、要求、内容和原理 ; 

了解所用仪表的原理、使用方法和注意事项 ; 在此基础上做好实验前必 

要的准备工作 , 如画好实验记录表格 , 计划好实验步骤等。实验中有自 

拟实验步骤的 , 预习时要写好实验步骤。未预习者不得做实验。 

b) 实验中要养成仔细观察现象 , 准确熟练地测量 , 及时合理记录数据的习 

惯。培养实事求是的作风 , 忠实地记录原始数据和观察到的现象 , 并认 

真分析研究。发现数据不合理时 , 应分析其原因 , 必要时重测 , 切不可 

按自己主观想法擅自修改数据。 

c) 实验完毕后 , 原始数据记录应交教师检查后 , 方可拆除线路 , 离开实验 

室。 

三、实验报告 

实验报告是实验训练中的一个重要环节 , 必须认真写好。实验报告的内容为 : 

1. 简述实验原理及有关的的测量公式。 

2. 简述实验步骤 , 含实验线路 ( 或框图 )。 

3. 数据处理。包括原始数据运算结果与误差分析。须把测试结果绘成曲线 

的 , 要按正确作图方法进行画图。 

4. 除回答实验讲义后面指定的思考题外 , 还应分析实验中发现的问题 , 总 

结实验的心得体会以及提出对实验的改进意见等。 

四、参考书 

1、《电磁场与微波技术》陈孟尧赵克玉许福永编 

2、《微波测量技术》周清一编著 

3、《微波测量》汤世贤编著 

4、《微波实验指导书》钮茂德主编 

五、注意事项 

微波仪表和元件价格都很高 , 因此 , 不熟悉其性能和使用方法时 , 不准使用。 

严禁随意扳动仪表上各种开关 , 可调元件移动到头拧不动时 , 不要用力硬拧 , 搬 

动仪器和微波元件时 , 要轻拿轻放以防仪器和元件受到震动。凡由于违反操作规 

则损坏元器件者 , 该项实验成绩为不及格 , 并按规定赔偿经济损失。 

3

实验一微波测量系统的调整 

一、实验目的 

1. 了解微波测试系统及测量线的调整 ; 

2. 掌握晶体定标及求晶体检波律的方法 ; 

3. 掌握用短路活塞测量信号源驻波系数的方法。 

二、实验内容及步骤 

1、微波测试系统 

微波测试系统通常由三部分组成 , 即微波信号源、测量装置 ( 即测量电路 ) 

和指示部分 , 如图 1-1 所示 : 

信号源 

频 

率 

监 

视 

系 

统 

频 

率 

计 

功 

率 

监 

视 

系 

统 

可变 

衰减器 

指示器 

晶体 

检波器 

~ 

隔离器定向耦合器 

等效稳频稳幅信号源 

测量线 

测量电路 

图 1-1 微波测试系统 

全匹配负载 

i. 微波信号源是微波测试系统的心脏。通常有电真空与固态源两种。本实 

验用速调管信号源。测量技术要求具有足够功率电平和一定频率的微波 

信号。同时要求一定的功率和频率的稳定度。功率和频率监视单元是由 

定向耦合器取出一小部分微波能量。经过检测指示来观察源的稳定情况。 

以便及时调整。为了减少负载对信号源的影响 , 电路中采用了隔离器。 

ii. 测量装置部分包括测量线 , 调配元件、等测元件、输助器件 ( 如短路器、 

匹配负载等 ) 以及电磁能量检测器 ( 如晶体检波架、功率探头等 ) 

iii. 

指示器部分。指示器是显示测量信号特性的仪表。如直流电流表 ( 光点 

4

检流计 )、测量放大器、功率计、示波器、数字频率计等。 

2、测量线的调整 

驻波测量线是微波系统中常用的最基本的测量仪器。它在微波测量中用途很 

广 , 如测量驻波、阻抗、相位、波导波长等。 

测量线通常由一段开槽传输线、探头 ( 耦合探针、探针的调谐腔体和输出指 

示等 ) 及传动装置等部分组成。探针由传动机构带动 , 沿开槽缝平稳移动 , 检取 

开槽线中的高频能量 , 经晶体检波后送至指示器。 

(1) 开槽传输线 

开槽线作为被测系统的一般传输线 , 其横截面内尺寸应与待测系统传输线的 

尺寸相同。特别是波导法兰盘和同轴接头 , 必须采用最精密级 , 以保证特性阻抗 

的准确与被测件连接的可靠 , 槽的位置必须严格平行于轴线。矩形波导的槽还须 

处于宽壁的正中央 , 不容有少许的倾斜 , 以免切割电流线 , 在槽中激起槽波 , 破 

坏场分布。槽宽在可能的情况下尽量取窄 , 并使槽壁厚度大于两倍槽宽 , 以避免 

波导内的电磁场向槽外辐射。 

(2) 探针及滑行座 

调谐活塞 

检波输出 

探针深度调节 

盘形匹配电阻 

探针滑行 

抗流式接触 

电容式接触 

(a) 

舌套 

(b) (b) 

图 1-2 两种不同类型的探针座构造略图 

(a) 波导开槽线 , 调谐式探针座 ; 

(b) 同轴开槽线 , 不调谐式探针座。 

如图 1-2 所示 , 探针座通常构成一个同轴支路 , 通过探针插入内而与主传输 

5

线相耦合 , 探针深度可调 , 以便选择适当的耦合度。为了保证探针深度调好后耦 

合度沿线不变 , 探针座必须凭借最精密的导行机构使之平衡正直地沿着线体外表 

面移动 , 在移动中不得超过很小容限的跳动与摇晃。带有晶体检波器的检波晶体 

座内含有一个或两个可调短路活塞 , 以便在选定工作频率后将支路调配到由探针 

到晶体能实现最大功率传输 , 获得最佳检波灵敏度 , 并能消除传输线中驻波场的 

畸变。但此项调谐不应设计得太尖锐 , 以免不易调准 , 而且信号频率稍有漂移 , 

需要重新调谐。因此 , 在需要经常变换频率进行宽带多点测量时 , 每换一个频率 

点便要重新进行探针调谐。由于调谐式探针不适应扫频测量的需要 , 故在较新的 

测量线中 , 大都改用图 1-2(b) 中所示的不调谐式探针电路 , 即将探针取出的信 

号直接加到一个宽带匹配式晶体检波器进行检波 , 由其顶部的低频插座输出。这 

种不调谐的探针检波头 , 能满足扫频测量的要求 , 因而日益得到普遍的采用。 

当探头伸入开槽线与电场耦合时 , 在传输线中引入的不均匀性可等效于一个 

并联导纳 , 设其归一化值为 Y = G + JB , 如图 1-3 所示 , 电导 G 反映探针检取功 

率的大小 , 因 G 的存在 , 使驻波比的测量值小于真值 , 电纳 B 代表探针引入的 

电抗效应 , 使驻波波腹和波节位置偏移 , 因而导纳 Y 使探针所在位置传输线上的 

电场幅度和相位都发生变化 , 即驻波电场分布图形发生畸变。在终端短路的情况 

下 , 沿线驻波节点处的输入导纳 Y 

in 

→ ∞ 

生偏移 ; 然而 ,Y 对驻波腹点的影响特 

别显著 , 若 B 为容性 , 则驻波波腹点向 

, 所以 Y 不起作用 , 故驻波波节点不发 

负载方向偏移。为了减小上述影响 , 在 

工作频率选定后 , 移动活塞使探针回路 

获得谐振。探头的外套筒与内套简组成 

~ 

g 

G 

jB 

G L 

的外同轴线称检波回路。调节活塞可使 

外同轴线与检波管获得匹配 , 从而使 

B=0, 此时 , 波节点位置不发生偏离。 

图 1-3 探针的等效电路 

现把探针的调整方法归纳如下 : 

第一 , 为了准确进进行测量 , 探针的调谐是非常必要的 , 因为探针的腔体谐 

振时 , 不仅能得到高灵敏度的指示 , 而且能使驻波位置的测量误差最小。 

6

探针的调谐方法是 : 为了减少始端的负载的电抗响应 , 要在测量线的输出端 

接匹配负载 , 调节探针腔体的活塞使指示最大。 

第二、测量驻波位置时 , 由于波节位置偏移量小于波腹位置偏移量 , 所以必 

须以测量波节点位置为依据。并采用如图 1-4 所示的交叉读数法进行测量。 

D 

D 

min1 

min 2 

D1 

= 

D 

= 

3 

+ D 

2 

+ D 

2 

2 

4 

⎛ 1 1 ⎞ 

λ 

g 

2 = Dmax 

− Dmin 

一般取 I1 

= ⎜ ≈ ⎟ I 

max 

⎝ 2 3 ⎠ 

指 

示 

电 

表 

读 

数 

λ g /2 

D 1 D 2 

I 1 

D 3 D 4 

I max 

测量线标尺 

图 1-4 

交叉读数法测量波导波长 

第三 , 探针插头将会对开槽线内的场分布产生影响 , 这种影响随着探针插入 

深度的增加而变大。但是 , 插入深度减小 , 探针从测量线中提取的能量也相应地 

减小 , 从而使指示器无法指示 , 所以探针的深度必须合理选择。一般选择探针的 

插入深度为波导窄边的 (10—15)%,( 对 BJ-100 型波导 , 探针穿伸度一般选取 

1.0mm~1.5mm) 视指示设备的灵敏度可以灵活掌握。但是一定要尽可能使插入 

深度浅。 

3、晶体定标 

探针调谐后便可进行晶体定标 , 确定检波律。其原理如下 : 在微波测试系 

统中 , 电表指示的是经晶体二极管检波后的直流或低频电流的有效值。而晶体二 

极管是非线性元件。电表指示值不能直接表示探针拾取的场强 , 在测量前需要对 

晶体进行定标 , 找出指示设备的指示值与晶体检波电压间的关系。即测出 I~u 

曲线或求出检波率。如图 1—5 所示 , 在 u >u 2 范围内近似线性 ; 在 u 2 

7

范围内 , 检波律不是整数。所以在精密 

测量中必须对晶体检律进行定标。 

I 

晶体二极管的电流 I 与检波电压 u 

的一般关系式为 : 

I=cu n (1-1) 

u 

式中 c 为常数 ,n 为检波律 ;u 为 

检波电压 ,I 随晶体管的检波电压 u 而 

改变 , 通常在低电压范围 n 近似等于 

u 2 

u 1 

图 1-5 晶体二极管检波特性 

2( 平方律 )。当 n=2 时 , 检波电压读数即为相对功率指示值。在电压高端范围 n 

近似等于 1( 直线律 )。n 的数据由定标曲线求出。 

晶体定标曲线的测量方法是 : 将测量线输出端短路 , 根据传输线内的驻波分布规 

律测出。当输出端短路时 , 波导内电场驻波的纵向分布如图 1-6 所示 , 其表达式 

为 : 

E 

= 

E 

m 

2π 

sin( d ) 

λ 

g 

E m 

E m 

d 

O 

d 

图 1-6 

相对场强为 

E 2π 

E = = sin( d ) 

(1-2) 

E 

m 

λ 

g 

8

式中 :d 是以波节零点向最大值 E m 方向的距离 ,E m 为驻波腹点的电场强度 , 由 

于检波电压 u 正比于探针所在位置的电场强度 , 将 (1-2) 式代入 (1-1) 式得 

m 

g 

n 

I d 

I = = sin(2π 

) 

(1-3) 

I λ 

在 λ / 4 范围内 , 移动探针 , 使其偏离驻波节点不同位置 , 选取大约 10 个点 , 

g 

2π 

读取电表指示值 I 和 I m 。即能作出 I ~ (sin d 

λ g 

的关系曲线 , 这就是晶体二极管 

定标曲线。对 (1-3) 式两边取对数。得到 : 

2π 

log I = n log sin d 

(1-4) 

λ 

g 

2π 

将 I 与 (sin d 

λ g 

直接标在全对数坐标纸上 , 连成平滑曲线 , 曲线的斜率即为晶体 

检波律 n。 

确定晶体检波律的一种方法如图 1-7 所示。测量线路终端短路 , 测出半峰值 

读数间的距离 W, 则晶体检波律可按下式计算 : 

100 

50 

W 

图 1-7 

按半高点间距离求检波律 

d 

log0.5 

n = (1-5) 

πw 

log cos( ) 

λ 

实验中大多数测量系统属于小信号工作状态 , 因此 , 晶体检波律基本为平方 

体 , 如果不是精密测量 , 通常可取 n=2。 

上述方法测得晶体二极管的定标曲线和检波律 , 实际上还包括指示器的非线 

g 

9

性在内 , 更换检测仪表或晶体管后都必须重新校准。再则 , 晶体的检波特性随时 

间、湿度、温度变化较大 , 校准工作应经常进行。 

4、微波信号源的驻波系数的测量 

在精密测量中 , 为了减小多次反射的影响 , 要求信号源有良好的匹配性能 , 

必须对信号源方向的驻波进行测量并调配。 

指示器 

信号源 

隔离器 

频率计 

衰减器 

单螺调 

配器 

~ 

测量线 

短路活塞 

图 1-8 测试装置图 

可移动短路活塞法测信号源驻波系数如图 1-8 所示 , 测量线终端接短路活 

塞。探针位于驻波波腹处 , 然后逐点移动短路活塞 , 并随时将测量线探针跟踪到 

驻波波腹处 , 如果信号源无反射 , 在移动短路活塞时 , 驻波波腹的场强不变 ; 如 

果信号源有反射 , 活塞移动时 , 由于信号源与活塞之间波的相位关系发生变化 , 

因而测量线的输出指示也会周期性地起伏摆动。由探针指示可以测出其最大点值 

I max 和最小点值 I min 。设检波律为平方律检波 , 短路器的反射系数 |Γ|=1, 则信号 

源的驻波系数为 : 

( I 

) 

ρ = max max 

G 

( I 

min 

) 

(1-6) 

min 

这是一种简便易行的方法。在实际测量中 , 由于短路器的反射对信号源的振 

荡频率有牵引作用 , 使振荡器不稳定 , 通常在信号源后接有不小于 10 分贝的隔 

离器。 

三、实验内容及步骤 

1. 观看图 1-1 微波测试系统。了解图中常用元器件的作用、主要性能及使 

用方法。 

2. 调整微波信号源 , 使之获得最佳输出功率。用频率计测量工作频率 f, 

记录数据随后即失谐频率计。 

3. 调整测量线 : 

10

A) 测量线终端接匹配负载 , 调节探针深度 1~1.5mm, 并将探针晶体检 

波输出端接指示器。 

B) 移动探针至测量线的中间部位 , 调节探头活塞 , 使电表偏转最大。 

C) 测量线终端换接为短路板。用交叉读数法测量波导波长。在测量过 

程中活塞只能向一个方向运动以避免回差的影响。 

4. 晶体检波律的校正 

A) 在测量中部测出某一波节点位置 , 在该节点与相邻波腹之间移动探 

针 , 每隔 1mm 测量一次并记录指示器读数 I, 和 I m 。 

2π 

B) 在方格线作出 I ~ E = sin • d 的曲线 (d=0、1、2·······); 在 

λ 

g 

全对数坐标纸上作出 lg I ~lg E 的典线。并求出直线部分的斜率 , 

说明其物理意义。 

5. 短路活塞法测信号源驻波系数 

A) 按图 1-8 接好线路 , 将单螺钉退出波导 , 传动装置置于位置标尺的 

正中 , 将可变短路活塞位置置于 “0” 刻度 , 调节可变衰减器或指 

示器的灵敏度 , 使指示器读数在其满刻度的三分之二处。 

B) 用测量线测出两个相邻波节点的位置。计算出 λ g 来。 

C) 将测量线探针置于其中偏左的驻波波腹处 , 在二分之一波导波长 

内 , 每隔 2mm 移动短路活塞 , 记录短路活塞位置及与之对应的探 

针位置和驻波腹点的读数 , 然后找出驻波波腹最大值 (I max ) min 和 

驻波波腹最小值 (I max ) min 根据公式 (1-6), 计算信号源驻波系数 ρ 。 

D) ( 选作 ) 如果计算出的 ρ 

G 

> 1.05, 可按下述方法将其调配到 ρ 

G 

< 

1.05。将短路活塞置于有驻波腹点最小值对应位置 , 测量线探针置 

于驻波腹点最小值对应的位置 , 保持测量线探针及活塞位置不变 , 

使单螺钉稍伸入波导 , 然后移动单螺钉的位置 , 使测量线探针输出 

指示值上升到最大。再调整螺钉的穿伸度。微调其位置重复调节数 

次。直到探针指示值为 : 

1 

I = 

+ 

2 

[( I ) ( I )] 

max max max 

) 

min 

G 

11

E) 重复上述步骤 C, 检查信号源驻波系数 

ρ 

G 

是否小于 1.05, 若仍未 

达到 , 则可重复步骤 C 和 D, 直到 

ρ 

G 

实验二 

驻波系数的测量 


掌握用直接法、等指示度法、功率衰减法测量驻波系数的基本原理、计算公 

式、测量方法及其适用范围。 

二、实验原理 

驻波系数的测量是微波测量中最基本的测量。通过驻波系数测量不仅可以了 

解传输线上的场分布 , 而且可以测量阻抗、波导波长、相位移、衰减、Q 值等其 

他参量。在微波能量的传输时 , 如果匹配不好 , 形成驻波 , 能量就不能有效地传 

给负载 , 这就增大了损耗。在大功率传输时 , 由于驻波的存在 , 驻波电场的最大 

点处可以产生击穿打火 , 因而驻波测量及匹配技术 ( 匹配技术见实验五 ) 是十分 

重要的。 

驻波系数的测量方法很多 , 主要有测量线法、反射计法、谐振腔法等。这里 

主要介绍测量线法测驻波系数的原理步骤。 

强 E 

1. 直接法测驻波系数 

直接法测量驻波系数 , 就须将测量线探头沿线移动直接测出测量线上最大场 

max 

( 实际测量的是它对应的检波电流 I 

max 

) 和最小场强 E 

min 

( 实际测出的是 

它对应的检波电流 I 

min 

), 直接代入公式 (2-1) 得到驻波系数。 

如果测量线上的晶体检波律为 n, 则驻波系数为 : 

I max 1/ 

n 

) 

ρ = ( (I 为输出电流表指示 ) 

I 

min 

通常在实验条件下 , 检波功率电平较小 ( 检波电流小于微安 ), 可以认为检 

波特性为平方律 , 即 n=2, 有 : 

I 

max 

ρ = 

(2-1) 

I 

为了提高测量精度 , 必须尽量使指示器的电表指示到满量程的二分之一以 

上 , 当待测物的驻波比在 1.02 < 0 < 1.5 时 , 驻波的最大值和最小值相差不大 , 

且波节、波腹平坦难以准确测定。为了提高测量精度。可移动探针测出几个波腹 

和波节点的数据。然后取平均值 : 

min 

13

I 

max1 max 2 max 3 

max n 

ρ = 

(2-2) 

I 

min1 

+ I 

+ I 

min 2 

+ I 

+ I 

min 3 

+ ⋅⋅⋅ + I 

+ ⋅⋅⋅ + I 

当驻波系数 1.0< ρ

E 

' 

min 

2 

2 

= ( 1+ 

Γ − 2 Γ ) 

1 

= (1 − Γ ) 

根据晶体特性 

' n 

n 

min 

= ( Emin 

) = (1 − Γ 

(2-3) 

I ) 

从最小点向两侧移动探针 , 使电表读数均为最小点读数的 K 倍 , 设等指示 

宽度为 W, 由式 (2-3) 可得该处场强为 : 

E 

' 

= (1 + Γ 

= 

2 

2π 

− 2 Γ cos(2 w / 2) 

λ 

1 

2 

1 

2 

[(1 

+ Γ − 2 Γ cos(2πw 

/ λ )] 2 g 

g 

由检波特性得 : 

把式 (3-4) 与式 (3-3) 相比得到 : 

2 

n 

[(1 

+ Γ − 2 Γ cos(2πw 

/ λ ] / 2 

g 

K • I 

(2-4) 

min 

= 

) 

K 

2 / n 

1+ 

= 

Γ 

2 

− 2 Γ cos(2πw 

/ λ ) 

( 1− 

Γ ) 2 

g 

2 

引入三角公式 cos 2θ 

= cos θ −1及 

Γ 

ρ −1 

= , 上式经变换后得到 : 

ρ + 1 

/ n 

K − cos 2 ( πw 

/ λ 

g 

) 

ρ = (2-5) 

sin( πw 

/ λ ) 

2 g 

测量点 I1与 

I 

2的读数 

式中 K = , 通常取 K=2,n 为检波律 , 通常取 n=2, 

最小点读数 I 

min 

W= D − D , 称此种方法为 “ 二倍最小值法 ” 或 “ 三分贝法 ”。式 (2-5) 可以简 

2 1 

化为 : 

1 

ρ = 1 + 

(2-6) 

2 

sin ( πw / λ g 

) 

πw 

对于 ρ≥10 时 , 由于 W 很小 , sin( πw 

/ λ 

g 

) ≈ , 式 (2-6) 可简化为 : 

λ 

g 

λ 

g 

ρ = (2-7) 

πw 

15

w 

由上式可以看出 , 驻波系数 ρ 随着 

λ 

g 

的减小而很快的增加 , 因此 ,W 与 λg 

值的测量精度对测量结果影响很大。特别是测大驻波系数时 , 测量 W 与 λg 必须 

使用高精度的位置指示装置 ( 如千分测微计等 )。测量线探针移动时尽可能朝一 

个方向 , 不要来回晃动 , 以避免测量线齿轮间隙的 “ 回差 ”, 测量节点位置时 , 

必须采用交叉读数法以减小误差。 

3. 功率衰减法测量驻波系数 

功率衰减法是一种简便准确的驻波测量方法 , 其测量精度与晶体检波律、测 

量放大器的线性无关 , 而主要取决于衰减器的校准精度和测量电路的匹配情况。 

在测量精度要求很高时 , 应先对电源方向进行调配 , 并选用高精度的衰减器。功 

率衰减法测驻波系数的实验线路如图 2-2 所示。 

指示器 

信号源 

隔离器 

可变衰减器 

待测元件 

~ 

测量线 

图 2-2 测量装置图 

其方法是利用精密可变衰减器测量驻波最大点和最小点的电平差。由电平差 

( 分贝差 ) 来算待测器件的驻波系数。其原理如下 : 

E 

+ 

o 

+ 

E 

1 

Γ E 

1+ 

图 2-3 

16

如图 2-3 所示。设信号源送入标准衰减器的入射波为 

E 

+ 

0 

, 通过波为 

E 

+ 

1 

, 由 

待测元件产生的反射波为 

Γ 

1+ 

E , E + 

+ 

和 E 在测量线上形成驻布分布。 

1 

Γ 

1 

把探针放置在最小点上 , 设指示器的读数为 I min , 电场为 E min , 标准可变衰减器 

的读数为 A min . 表示式为 : 

A 

min 

= 

20 log 

E 

E 

+ 

0 

+ 

1 

因探针在驻波最小点 , 此点电场振幅为 : 

E 

min 

= 

E 

+ 

1 

(1 − Γ ) 

∴ A 

min 

⎡ E 

= 20log⎢ 

⎢ E 

⎣ 

+ 

0 

min 

⎤ 

(1 − Γ ) ⎥ 

⎥ 

⎦ 

(2-8) 

保持信号源的输出功率不变 , 再把探针置于驻波最大点 , 增大标准衰减器的衰减 

量 , 使指示器的指示值仍为 I min , 设此时标准衰减器的入射波仍为 

E 

+ 

0 

, 而通过 

波则为 

+ 

E 

2 

, 有 

A 

min 

= 

20 log 

E 

E 

+ 

0 

+ 

2 

而驻波最大点电场振幅为 

E 

max 

= 

E 

+ 

2 

(1 + 

Γ ) 

∴ 

A 

max 

⎡ E 

= 20log⎢ 

⎢ E 

⎣ 

+ 

0 

max 

(1 + 

⎤ 

Γ ) ⎥ 

⎥ 

⎦ 

(2-9) 

比较式 (2-8) 与式 (2-9), 考虑到探针在最大点和最小点指示器的读数均为 I min , 

1 + 

故有 | E man | 等于 | E min | , 并根据 ρ = 1 − 

Γ 

Γ 

, 则有 

A 

∴ 

max 

− A 

min 

1 + Γ 

= 20 log 

1 − Γ 

= 20 log ρ (2-10) 

ρ = 10 

A 

max − 

2 

A 

min 

17

由以上分析可知 , 如果说等指示度法把驻波系数的测量转化为长度测量的 

话 , 那么衰减法则是把驻波系数的测量转化为衰减的测量。 


1. 测量线法测驻波系数的实验装置及线路如图 2-1 所示。 

2. 在测量线后接匹配负载。用直接法测量其驻波系数。( 对小驻波系数 , 

应多次测量后按公式 (2-2) 求平均值 ( 自拟实验步骤 )。 

3. 在测量线后接短路板 , 用交叉读数测出两相邻节点的位置 , 求波导波长 

λg( 自拟实验步骤 ), 测 λg 记四个数据。 

4. 在测量线后换接成 “ 膜片 + 匹配负载 ”, 用等指示度法测其驻波系数 ( 自 

拟实验步骤 , 并注意 , 用等指示度法测驻波系数时 , 使探针置于驻波最 

小位置上。改变衰减器的衰减量 , 应使指示器的指示值接近于满量程的 

三分之一以上 , 但要小于满量程的二分之一 )。 

5. 用直接法、等指示度法和功率衰减法测量螺钉不同插入深度时的驻波系 

数。 

(a) 在测量线后换接成 “ 单螺钉调配器 + 匹配负载 “。 

(b) 将螺钉插入深度置于 0mm 处 , 测量线探针置于波腹处 , 调 

整衰减器使指示器的指示值在满量程的三分之二以上 , 移动 

测量线探针 , 用直接法测出最大值与最小值 , 由式 (2-1) 计 

算其驻波系数。 

(c) 螺钉插入深度每增加 1mm, 按上述步骤 (b) 进行一次测量。 

(d) 每次测量前 , 都要调整可变衰减器指示器的灵敏度 , 使在波 

节处指示器有明显的指示 ( 满量程的三分之一以上 ), 当波 

节处指示器有明显的指示值而波腹外指示值超过满量程时 , 

改用等指示度法和功率衰减法同时测量不同深度下螺钉的 

驻波系数。 

(e) 移动探针至测量线中段某波节点 , 调节可变衰减器 , 使波节 

处指示器的指示明显 , 但不得超过满量程的二分之一 , 记下 

此时读数 I min , 左右移动探针 , 记录波节点两旁指示器读数 

为 2I min (K=2) 时两探针位置 X 1 和 X 2 。计算 W= | X 1 -X 2 |。 

18

(f) 移动测量线探针至波节处 , 记录此时可变衰减器的刻度 X min 

及指示器的指示值 X min , 向波腹点缓慢移动探针 , 并随时增 

加标准衰减器的衰减量 ( 其他衰减器不动 ), 使探针在波腹 

点时指示器的指示值仍为 X min 。记录此时标准衰减器的刻度 

X max , 从标准衰减器的 “ 刻度 ---- 衰减量 ” 曲线表查出 I min 和 

X max 所对应的衰减量 A min 与 A max , 按式 (2-10) 计算其驻波 

系数。 

(g) 改变螺针深度 , 重复步骤 (E) 和 (F)。每改变 1mm 作一次 

测量 , 将测得的数据填入表 (2-1) 里 , 表格的格式如下 : 

螺钉插入深度 mm 1 2 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 

直接法测得驻波幅值 

直接法测得波节点值 

计算 ρ 

等指示度 X 1 

等指示度 X 2 

W=| X 1 - X 2 | 

计算 ρ 

衰减法 

X min 

波节点 

衰减法 

A min 

X max 

波节点 

A max 

计算 ρ 

(h) 绘制出驻波系数 ( 纵坐标 ) 与螺钉深度的曲线 , 比较等指示 

19

度与功率衰减法测得的结果。 

注意 : 本实验中功率衰减法测驻波系数时 , 未进行调配 , 这将引入失配误差。 

在精密测量中 , 此项工作必不可少。 

四、思考题 

1. 试比较实验中所用的三种驻波系数测量方法的特点。 

2. 测量线法测驻波系数 , 为什么要在待测元件后面接匹配负载 

3. 如果驻波系数极大 , 用等指示度法或功率衰减法测驻波系数有什么困 

难 

4. 试分析用测量线法测驻波系数时主要的误差来源和修正 ( 或减小 ) 的方 

法。 

20

实验三 

阻抗测量与阻抗匹配 


1. 掌握用测量线测量微波元件阻抗的原理和方法 , 熟悉阻抗圆图在阻抗测 

量中的应用。 

2. 熟悉阻抗匹配的作用 , 学会用阻抗调配器对失配元件进行调配。 


1、阻抗测量 

在微波测量技术中 , 阻抗测量占有很重要的地位。微波元件的阻抗是微波系 

统匹配设计的依据 , 也是研究复杂微波结构的微波网络中确定等效电路参数的依 

据。阻抗测量不仅应用于微波器件特性阻抗的研究及微波系统的阻抗匹配 , 同时 

也是一些复杂测量 ( 如微波网路参量的测量 ) 的基础。因而微波阻抗测量是一项 

非常重要的测量。 

由波导理论可知波导中的电磁场不是均匀分布的 , 因而不可能象双线传输线 

那样用行波电压 ( 或电场强度 ) 对行波电流 ( 或磁场强度 ) 之比 , 来规定出一个 

只决定于传输线本身尺寸的特性阻抗。波导的等效阻抗值因定义方法不同而不 

同 , 因而一般并不进行阻抗绝对值的测量。经常遇到的实际问题是电磁波在负载 

与传输线不匹配的传输系统上传播而产生的问题 , 在这一类问题中仅需知道被测 

元件的归一化阻抗。阻抗测量的方法很多 , 但应用较为广泛的方法是测量线法。 

根据传输线理论 , 传输线上任一点的归一化阻抗为 : 

Z 

= 

Z 

Z 

L 

c 

cos βL 

+ 

cos βL 

+ 

jZ 

jZ 

c 

L 

sin βL 

sin βL 

在电压最小点。即 L=L miin 时 , 有 Z =1/ρ, 代入上式可解得归一化负载阻抗为 : 

Z 

1 − 

jρtgβL 

min 

= (3-1) 

ρ − 

jtgβL 

min 

2π 

由于 β = , 这样 λ g 、ρ、L min 就是确定负载归一化阻抗的三个参数 , 即阻抗 

λ 

g 

测量就归结为对上述三个参量的测量。 

2、确定驻波最小点位置 L min 的测量原理 

21

由于测量线标尺的两端点不是延伸到线体的两端口 , 直接测量输入端口到第 

一个电压最小点的距离 L min 是不可能的 , 但根据阻抗分布的 

λ 

g 

2 

重复性原理 , 在 

n 

传输线上每隔 ·λg 处的阻抗相等 , 所以只要找到与待测阻抗相等的面作为等 

2 

效参考面即可 , 这就是在测量中常采用的方法 “ 等效截面法 ”。实际测量过程如 

图 (3-1) 所示。 

首先将待测元件接在测量线的输出端 , 其驻波分布图形如图 3-1(a) 中所示 , 

元件的输入参考面 ( 如图中 TE 截面 ) 与第一个驻波最小点 D 1 的距离为 D min , 

用测量线测出其输入驻波系数 ρ, 记录波节点在测量线上的位置 D min 

(D min = n • λ g + l min 

) 

2 

与 D min 相邻的 

, 然后取下待测元件 , 将测量线短接 , 这时在测量线中测得 

待测元件 

d min 

E 

(a) 

D 

D min 

D 1 

O 

(c) 

D T 

(b) 

O 

D 

(c) 

D min D 

O 

T 

图 3-1 

等效面法测 Lmin 的原理图 

驻波节位置 D T , 如图 3-1(b) 所示。从图中可以看出 , 因为 D T 是测量线终端 

22

短路时的驻波波节位置 , 所以它离终端的距离必为 n λ g 

g 

• , 根据 n • λ 

阻抗变换 

2 

2 

原理。D T 点的输入阻抗应等于终端所接的待测器件的阻抗。D T 参考面则被称为 

测量线终端的 “ 等效参考面 ”。这样在测量线上的 D min 和 D T 之间的距离即为所 

要求的输入参考面到第一最小点的距离 l min 。如图 (C) 所以 ,( 图中实线表示终 

端接被测元件时的驻波图形 , 虚线表示终端短路时的驻波图形 )。 

负截阻扰可由 Smith 圆图进行求解。在查 Smith 圆图时必须注意 , 如果 D T 

在 D min 的右边 , 查图时要按逆时针方向转 ( 即转向负载 ), 反之如 D T 在 D min 的 

左边 , 则按顺时针方向转 ( 即向信号源 )。利用圆图求输入阻抗的具体过程如图 

(3-2) 所示。我们知道无耗传输线接任意负载时 , 沿线输入阻抗的变化轨迹是 

一个圆 , 称为等 ρ 圆。而波节点的输入阻抗是一个纯电阻 , 其轨迹为图中 “0-1 

轴线 ”。因此 , 等 ρ 线圆与 “0-1” 轴线交点 A 即为驻波节点阻抗值 , 所以 , 当驻 

波节点与等效参考面 D T 的距离 l min 已知时 , 就可以按已知输入阻抗求负载阻抗 

的方法 , 求出被测器件的阻抗。这时只需从 A 点出发 , 沿着等 ρ 圆逆时针方向 

O 

A 

d 

λ 

min 

g 

向负载 

B 

l 

图 3-2 用阻抗圆图计算负载阻抗 

( 即朝负载方向 ) 转过 l 

min 

/ λg 

的距离到达 B 点 , 则 B 点所代表的阻抗就是被测 

器件的归一化阻抗 Z L 。 

23

3. 匹配负载法测定膜片的电纳 

a 

a 

W 

b 

W 

b 

容性膜片 

感性膜片 

图 3-3 膜片 

在波导中放置如图 3-3 所示的开有窗口的全金属片称为膜片 , 当膜片的厚度 

满足 δ< < t

合要求灵活选用。对于固定的负载 , 通常可以在系统中接入隔离器 ( 主要用于源 

端匹配 )、膜片、销钉、谐振窗等以达到匹配目的 ; 而在负载变动的情况下 , 可 

接入单螺钉调配器 ,EH 阻抗调配器 , 短截线等类型的调配器 , 这里仅就实验室 

常用的介绍两种。 

(a) 单螺钉调配器 

在一段开槽波导段宽边中心装置一个位置可移动的螺钉 , 而螺钉伸入波导里 

的深度可调 , 就构成可移动的单螺钉调配器 , 它是利用螺钉产生适当的电纳达到 

匹配目的 , 其调配原理由图 3-4 说明。设系统终端的归一化导纳为 Y , 在圆图 

上处于位置 A 点 , 移动单螺钉 , 现在要找到这样一个位置 , 在这个位置参考面 

上 , 向负载端看入的输入导纳为 

L 

Y in 

= 1 ± 

jB 

Γ 

a 

= 

2 

2 

b 

2 

1.0 

A 

G 

= 1 

B 

d 

λ 

g 

图 3-4 调配原理图解 

在圆图上相当于从 A 点沿等 ρ 圆移动距离 d 到等 ρ 圆与 G = 1圆的交点 B( 图上 B 

点导纳值为 1 ± jB 

), 在这个位置上改变螺钉深度 , 在螺钉插入深度 t < λ g / 4 

时 , 其作用相当于在传输线上并联了一个正的电纳 ( 为容性的 )。再改变螺钉的 

深度 , 即能改变容性电纳值 j B , 这相当于在输入端并联一电纳值 , 使之与原来 

的电纳值相加抵消。此参考面上总的导纳为 1, 实现匹配。在圆图上相当于从 B 

点沿 G = 1 的等 G 圆移动 

∞ 

25 

O

j 

B E 

E 面 

l / λ 

g 

辅助圆 

j 

B H 

A 

Z ~ 

L 

A 2 

Z L 

A 

A 1 

s 

j 

B H 

A 1 

L 

B 1 

L 

B 2 

H 面 

图 3-5 

∞ 

到原点 , 即匹配点 , 从而使系统达到匹配。如果滑动单螺钉调配器的长度可以半 

波长范围内变化 , 同时调节螺钉深度提供的并联电纳可以 0~∞ 之间任意调节 , 

则该调配器能对任何有耗负载调配 , 故理想情况下没有禁区。 

(b) 双 T 调配器 (E-H 调配器 ) 

双 T 调配器原理如图 (3-5) 所示。图 (a) 所示的是 E-H 调配器的等效电路。 

其中 E-T 调配的作用相当于在传输线中串接一个纯电抗 ;H-T 调配的作用相当于 

在传输线中并联一个纯电纳。它们位于同一截面 AA′ 处 , 其调配原理可由图 3-5 

(b) 简述如下 : 

假定待匹配的负载阻抗 

Z ~ 

L 

经一段 l 长度的传输线换至 

1 

AA 截面 , 其值为 

Z LA 

R + 

j X 

= , 圆图上为 A 点 , 当移动 E 面短路活塞 , 即改变 j X 

值 ( 注意 R 

不变 ), 在圆图上表现为沿等 R 圆移动 , 直至到达 A 1 点 ( 或 A 2 点 )。即与 G =1 

对称的参考圆相交。下面再分析下 H-T 的作用 , 为方便起见 , 将 A 1 点 ( 或 A 2 

点 ) 的阻抗化为导纳 , 从圆图上找到位于 G =1 圆上的对称点 B 1 , 此点的值 

Y =1- j B H , 然后调节 H 面的短路活塞 , 即改变 j B 值 , 使之为零。圆图上表 

LB 1 

现为沿 G =1 的圆移动至匹配点上。 

实际调节时 , 如果驻波不太大 , 可先调节 E 臂活塞 , 使驻波系数减至最小。 

26

然后再调节 H 臂活塞 , 就可以得到近似的匹配 ρ

(b) 用直接法 ( 或等指示度法 ) 测量其驻波系数 ρ( 参看实验三 ) 

(c) 测量线后接 “ 膜片 + 匹配负载 ”, 用交叉读数法测量测量线相邻的 

右边 ( 或左边 ) 波节点位置 D T , 并另找一个与 D T 相邻的波节点 , 

以确定波导波长 λ g 。 

(d) 根据实验原理 , 用圆圆和公式两种方法处理数据 , 求出膜片的归 

一化电纳 , 分析实验结果。 

4. 测量线后换接成晶体检波器 , 重复步骤 3 中的 (a) 至 (α)。 

5. 不改变晶体验波器的工作状态 , 将双 T 调调器接于测量线与晶体检波器 

之间。首先将 E 面 ( 或 H 面 ) 的短路活塞固定在某一位置 , 仔细而缓 

慢地调节 H 面 ( 或 E 面 ) 的短路活塞。并用测量线跟踪 , 找到一个驻 

波节上升而驻波腹点有下降趋势的活塞位置及其调整方向 , 仍缓慢地朝 

这个方向调整 H 面 ( 或 E 面 ) 活塞。不断用测量线跟踪 , 使驻波波节 

值增大 , 波腹值降低。重复上述步骤 , 数次 , 使终端驻波系数 ρ

测出此频率下 “ 膜片 + 匹配负载 ” 的导纳 , 并求出膜片本身的电纳。与 

频率为 9.37GHz 的数据比较 , 分析结果。 


1. 测量阻抗时 , 驻波节点的位置 D T 如何确定为什么能用测等效参考面 

阻抗的方法确定待测阻抗 

2. 测量膜片电纳时 , 为什么后面要接匹配负载 

3. 为什么要进行阻抗匹配在微波测试系统中 , 调配器调到什么情况时 , 

传输到负载的功率最大若传输负载的功率为 3dB, 则测得的驻波系数 

应为何值 

4. 通过实验 , 试总结调匹配的技巧。 

29

实验四定向耦合器的参量测量 —— 衰减测量 


1. 掌握用高频替代法测量定向耦合器参数的方法。 

2. 熟悉定向耦合器的原理 , 性能及用途。 


定向耦合器是微波测量中常用的元件之一 , 它可以将主波导中微波功率以一 

定的方法和比例耦合到副波导中去。它既是一种功率分配元件 , 又可作固定衰减 

器。用定向耦合器可进行反射的测量 , 也可以用于扩大功率计的量程 , 是近代扫 

频反射计的核心部件。因此 , 了解定向耦合器的性是很重要的。 

定向耦合器是一种有方向性的微波功率分配元件 , 通常有波导、同轴线、带 

状及微带几种类型。 

波导型定向耦合器由一段主波导和一段副波导组成 , 彼此之间通过小孔或隙 

缝进行耦合。十字形定向耦合器如图 4-1 所示。 

P 4 

“4” 

“2” 

P 2 

╬ 

主波导 

副波导 

“1” 

P 1 

“3” P 3 

图 4-1 十字形定向耦合示意图 

在主波导中传输的功率经过十字孔将一部分能量耦合到副波导中去。由于波的干 

涉和叠加 , 使功率仅沿副波导中一个方向传输 ( 称 “ 正方向 ”), 而在另一个方向 

几乎没有 ( 或极少 ) 功率传输 ( 称 “ 反方向 ”)。 

定向耦合器的特性参量主要有 :(1) 方向性 ,(2) 耦合度 ,(3) 输入端驻波 

系数 ,(4) 带宽范围。测量定向耦合器的方向性、耦合度可根据不同的精度要求 , 

选用不同的方法。本实验采用高频替代法。 

30

高频替代法用已校准的标准衰减器来测量待测元件的衰减量。当信号源输出 

功率不变时 , 在信号源与检波系统之间接入一个标准可变衰减器 , 调节衰减器的 

衰减量为 A 1 , 使指示器的读数合适 , 然后接入待测元件 , 重新调节衰减器的衰 

减量为 A 2 , 使指示器恢复到原来的读数。标准衰减器两次读数之差 : 

A=(A 1 -A 2 )dB 

即为待测元件的衰减量。 

1. 方向性及其测量 

方向性 D 的定义为 : 从 “1” 端输入功率 P 1 恒定不变时 , 副波导中正方向传 

输的功率 P 3 与反方向传输的功率 P 4 之比称为定向耦合器的方向性。 

P3 

V3 

D = 10log ( dB) 

= 20log ( dB) 

(4-1) 

P 

V 

4 

式中 P 3 、V 3 分别为耦合到副波导正方向传输的功率及电压 ;P 4、 V 4 分别为耦合到 

副波导反向传输的功率及电压。 

一个理想的定向耦合器 , 方向性为无穷大 , 即功率由主波导端 “1” 输入 , 

则副波导仅端 “3” 有输出 , 而端 “4” 无输出 ; 反之 , 若功率由主波导端 “2” 

输入 , 副波导仅端 “4” 有输出 , 端 “3” 无输出。然而实际情况并非如此 , 即功 

率由端 “1” 输入 , 端 “4” 还有一定的输出 , 所以方向性为有限值。 

方向性的测量 , 首先用单螺钉调配器进行调配 , 使测试系统的驻波系数小于 

1.05, 反向连接定向耦合器 , 主波导输出端接匹配负载。调节衰减器的衰减量使 

副波导的输出指示读数在满量程的三分之二以上 , 读取此时精密可变衰减器的衰 

减量 A 1 和指示器上的读数 I 1 , 然后将待测定向耦合器的 “1” 和 “2” 两端互换 , 

“3” 端仍接检波器 , 改变衰减器的衰减量 , 直至端 “3” 输出恢复到原来的偏转 

读数 I 1 , 读取此时精密可变衰减器的衰减量 A 2 。两次衰减量之差值 : 

A=| A 1 - A 2 | 

即为待测定向耦合器的方向性。( 测方向性时 , 记住正反向接法 , 以备后面测其 

耦合度等参量时使用 )。 

2、耦合度 ( 过渡衰减 ) 及其测量 

输入到主波导 P 1 与副波导中正向传输的功率 P 3 , 之比称为定向耦合的耦合 

度 C, 也称过渡衰减。 

4 

31

p1 

V 

C = 10log ( dB) 

= 20log 

P 

V 

3 

1 

3 

( dB) 

式中 P 1 、V 1 分别为主波导输入端的功率及电压 ;P 3 、V 3 分别为副波导正方向传 

输的功率及电压。 

由此 , 譬如说一只 20db 的定向耦合器 , 其副波导正向输出端的功率应是主 

波导输入端功率的 1%。因此 , 当定向耦合器正向连接时 , 主波导输出功率 P 2 

应为输入功率 P 1 的 99%。 

实验测量十字形定向耦合器的耦合度 , 首先测量主波导输入端的功率 P 1 , 然 

后将定向耦合器正向接入测量系统 , 测出副波导正向输出端的功率 P 3 , 根据公 

式 (4-2) 计算耦合度 C。本实验用高频替代法测定向器的耦合度 , 其装置方框 

图见图 (4-2)。 

指示器 1 

微波 

信号源 

隔离器频率计精密 


测量线 

单螺钉 

调配器 

隔离器 

检波器 

指示器 2 

定向耦合器 

匹配负载 

图 4-2 高频替代法测量定向耦合参数的装置方框图 

首先用单螺钉调配器进行调配 , 使测试系统的驻波系数小于 1.05, 调节精密可变 

衰减器 , 使其衰减量为 A 2 (A 2 >25db) , 使指示器 2 的指示值为 I 2 ( 为满量程的三 

分之二以上 )。然后将定向耦合器正向接入 :“2” 端接匹配负载 ,“3” 端接检测 

系统。逐渐减小精密衰减器的衰减量到 A 4 , 使指示器 2 的指示值仍为 I 2 , 则待 

测定向耦合的耦合度。 

C=A 2 -A 4 (4-3) 

32

3、输入驻波系数 ρ 

输入驻波系数的定义为 , 在各端口匹配条件时 , 从主波导输入端即 “1” 端 

测得的驻波系数。 

4、用定向耦合器测量驻波系数 

定向耦合器可以组成反射计测量驻波系数。其工作原理是 : 由于电压驻波 

系数 ρ 和反射系数 Γ 有直接关系 : 

1+ Γ 

ρ = (4-4) 

1 − Γ 

所以测量微波元件的反射系数即可得知电压驻波系数。而反射系数为反射波电场 

强度与入射波电场强度之比。 

即 : 

Γ 

= 

E 

E 

− 

+ 

利用定向耦合器的方向性 , 便能将入射波与反射波分离开来。 

V 1 = 常数 

CV R 

~ 

被测元件 

信号源隔离器 V R 

反向连接的 

定向耦合器 

图 4-3 单定向耦合器反射计 

短路器 

如图 4-3 所示 , 当信号源输出 V i 恒定不变时 , 被测元件的 |Γ| 值不同 , 反射波 

耦合器的输出电压大小便不同 , 其检波指示 I 也随之不同。在平方律检波条件下 : 

I = K Γ 

(4-5) 

为了校准。在反射计终端接一个标准反射负载。设其反射系数 |Γ s |, 此时指示器 

读数为 I s 。则 

33

I 

S 

= K ΓS 

即 K = I S 

ΓS 

将 K 代入式 (4-5) 式便得 : 

I 

I S 

Γ 

= (4-6) 

Γ 

S 

为方便起见 , 通常用短路器作为标准 , 即 |Γ|=1, 并将 Is 调到指示器满度值。将 |Γ s |=1 

代入 (4-6) 式便得 : 

I 

Γ = 

(4-7) 

I S 

用定向耦合器测量元件的驻波系数时 , 其分辩率与精度由端 “2” 的入射功 

率 “ 漏 ” 入端 “3” 多少而定。可见 , 简单反射计的测量误差较大 , 主要由于定 

向耦合器具有限的方向性。指示反射波的定向耦合器的输出中 , 实际上也有入射 

波的成份。所以在精密测量中应采用高方向性的定向耦合器。譬如一个 40db 方 

向性的定向耦合器。即使待测元件为理想全匹配负载 , 也相当于还有 40db 的反 

射功率 , 由此产生的电压反射系数为 10 − 1 = 0. 01 , ρ = ( 1+ 

0.01) (1 − 0.01) = 1. 02 。 

在这种情况下只能测量电压驻波系数大于 1.02 的元件。所以测量驻波系数必须 

根据测量精度的要求选择合适的定向耦合器。 

三、实验的内容及步骤 

1. 按图 4-2 连接测试系统。用频率计测定工作频率 , 并把工作频率调到 

9.37GHz( 或 8.7GHz 或 9.7GCHz)。记录工作频率 f 后立即使频率计失 

谐。 

2. 在测量线后接测试系统 ( 单螺调配器 + 隔离器 + 检波器 + 指示器 2), 然后 

用单螺钉调配器进行调配 , 使测量系统的驻波系数 ρ < 1.05( 调配技术 

及驻波系数测量见实验五和实验三 )。 

3. 根据实验原理 , 自拟定实验步骤 , 测量定向耦合器的方向性 , 耦合度。 

4. 应用高方向性定向耦合器组成的简单反射计 , 测量晶体检波器的驻波系 

数。 

(a) 按图 4-3 连接测试系统 , 将定向耦合器反向接至测量线终端。其 

端口 “1” 连可变短路器 , 端口 “3” 接检测系统。调节可变短路 

器使指示器指针偏转最大 , 调节可变衰减器的衰减量 , 使指示电 

34

表读数 Is 达到满度。 

(b) 取下短路活塞 , 将待测检波器接至原短路板处。同时调节待测检 

波器的短路活塞 , 使指示电表指针偏转最大。读取并记录此时指 

示电表的读数 I。则待测检波器的反射系数为 Γ 

= 

I 

I S 

, 依据式 

(4-4) 计算其驻波系数。 

(c) 取下定向耦合器 , 将待测检波器接至测量线终端 , 用直接法 ( 等 

指示度法或功率衰减法 ) 测量其驻波系数。比较两种方法的测量 

结果 , 分析主要误差的原因。 


1. 定向耦合器的主要特性参量有哪些怎样区别十字形定向耦合器的 “ 正 

向 ” 与 “ 反向 ” 

2. 某定向耦合器的方向性 D=20dB, 用它可测量的最小驻波系数为多少 

如果要测量 ρ

实验五 

微波相移量测量 


1. 掌握测量的原理和基本测量方法。 

2. 熟悉用反射波法和传输波法测相移的基本原理及测试技术。 


在微波技术中信号源一般都是相干源 ( 具有确定频率和相位的源称为相干 

源 )。而两个相干源在叠加时其合成波不仅决定于两个波源的振幅 , 而且还决定 

于两个波源的相位。在微波测量中会经常遇到相位测量。在微波工程中 , 相移量 

的测量日趋重要。特别是相控雪达、相控阵导航等设备中大量使用相移器件。对 

这些器件相移量的测量是首当其冲需要解决的问题。 

当微波信号通过微波传输器件时 , 除了振幅可能发生变化外 , 还会同时发生 

相位的变化。振幅的变化用传输系数的模数表示 , 而相角的变化用它的幅角来表 

征。微波元件的相移定义为 : 当信号源和负载都匹配时 , 器件输入端入射波和输 

出端的传输波之间相位差 , 其数学表达式为 : 

b 

φ 

2 

arg arg S 

21 

= = 

21 

(5-1) 

a 

1 

式中 a 1 为输入端的入射波 ,b 2 为输出端的传输波 ,S 21 为传输系数 ,arg 表示复数 

的相位角。 

在不匹配的情况下 , 微波元件的输入波和输出波之间的相角差不仅与传输系 

数的相位角有关 , 而且与元件两端的反射系数、以及信号源和负载的反射系数等 

因素有关。 

式 (5-1) 是相移量的基本定义式 , 它表式传输器件的绝对相移量。而相对 

相移量通常是以它的最小相移量作为基础 , 用相对相移量表示。 

测量相移量的主要方法和它们的特点 , 列表如下 : 

表 5-1 

相移量测量方法和特点 

测量方法 

应用特点 

1、测量线法测量装置简单 , 根据驻波节点偏移量确定未知相移量 

36

(a) 反射波法 

(b) 传输波法 

步骤简单 , 误差较大。适用于测低耗器件。 

步骤简单。误差较大 , 但比反射波法小。适用于大功率情 

况 , 并可测以测有耗器件。 

2、电桥法测量装置较复杂 , 误差很小 , 需要校正的可变相移器作为 

比较标准。 

这里介绍用测量线法测量相移的方法。根据测量装置又可分为反射波法和传 

输波法。 

1、反射波法 

反射波法是根据反射波通过待测器件时反射系数幅角的变化量来确定待测 

器件相移量的方法。当短路片使传输线上形成驻波时 , 在短路片与测量线之间插 

入待测器件。则待测器件插入前后波节点的偏移 , 就反映了待测器件的相移量。 

用图 (5-1) 说明这一原理。 

设入射波电压为 1, 当未加待测器件时 , 终端短路。在测量线上相对于入射 

波的驻波电压表达式为 : 

V 

= 1 + 

Γ e 

j 2βl 

−π ) 

( 1 

式中 |Γ| 为负载端反射系数的模。(2ßl 1 -л) 为传输线上 l 1 处反射系数的幅角。设 

l 1 =D 1 +l 0 处为电压波节。即 V=0 

V 

= 1 − 

Γ 

= 

0 

则 

ϕ 

1 

= 

= 

2 β l 

1 

2 β ( D 

− π = π 

1 

+ 

l 

0 

) − π = π 

(5-2) 

当在短路片与测量线之间插入待测器件 , 并设特测器件的相移量为 Φ, 这 

时电压波节点由 l 1 移到 l 2 处。 

ϕ 

l 

2 

ϕ 

2 

2 

= 2( β l 

= 

= 

D 

2 

2 

2 

+ l 

0 

− φ ) − π = π 

[ β ( D + l ) − φ ] − π = π 

2 

0 

(5-3) 

由式 (5-3) 减去式 (5-2) 得 : 

37

信号源 

测量线 

~ 

短 

路 

片 

隔离器 

D 1 

O 

l 0 

~ 

隔离器 

测量线 

D 1 +l 0 

待测元件 

短 

路 

片 

Φ 

D 2 

D 1 

D 2 +l 0 

图 5-1 反射波法测相移量 

2βD 

2 

φ = β ( D 

2π 

= ( D 

λ 

360 

= 

λ 

− 2βD 

g 

g 

2 

o 

− D ) 

2 

1 

( D 

− 2φ 

= 0 

− D ) 

2 

1 

1 

− D ) 

1 

(5-4) 

可见 , 相移量的测量 , 实际可归结为节点偏移 (D 2 -D 1 ) 和 λ g 的测量。 

38

2、传输波法 

传输波法测量相位的电路及原理如图 (5-2) 所示。从微波信号源输出的入 

射波 V 0 射向待测元件 , 由定向耦合器 I 把它送到测量线的输入端 , 设为 V + ; 经 

过待测元件的通过波由定向耦合器 II 送到测量线的输出端 , 设为 V - ; 则 

V 

V 

+ 

_ 

= C1V 

0e 

= C V e 

2 

o 

− jβl1 

− j( 

βl 

−φ 

) 

2 

压为 : 

式中 :C 1 为定向耦合器的 I 的传输系数 ; 

C 2 为定向耦合器 II 的传输系数 ; 

l 1 为 O 点经定向耦合器 I 到 D 点的行程 

l 2 为 O 点经待测元件和定向耦合器 II 到 D 点的行程。 

在测量线中相反方向传输的两个波 V + 和 V - 将合成为驻波 , 在 D 点的合成电 

在 D 点为波节时 : 

则 

由此得出 : 

因此 

− 

V 

V = V + + V - = 

⎡ C 

⎢ + 

⎣ 

= 

_ jβ 

l1 2 − j[ 

β ( l2 

− l1 

) −φ 

] 

C 

1V 

0 

e 1 e 

C 

1 

[ β ( l − l )] 

min 

2 

1 

− Φ = π 

C2 

= C1V 

0 

(1 − ) 

C 

[ β ( l − l ] + Φ = π 

− 

2 1 

Φ = β l − ) + π 

( 

2 

l1 

1 

⎤ 

⎥ 

⎦ 

由于 

l 

2 

1 

+ l = l = 常数 , 所以 : 

Φ = ( β l + π ) − 

= 常数 

− 2 β l 

= 常数 − 4π 

2 β l 

1 

l 

λ 

1 

g 

1 

(5-5) 

39

U + 

指示器 

L 1 L 2 

微波 

信号源 

1 

1 

定向耦合器 1 

(C≥30 分贝 ) 

2 

待测 

元件 

2 

定向耦合器 2 

(C≥50 分贝 ) 

匹配终端器 

(σ≤1.02) 

V 0 

入射波 

U - 

待测元件 

Φ 

通过波 

(b) 传输波法测量相位移原理图 

(a) 传输波法测量相位移电路 

图 5-2 传输波法测量相移量 

40

设待测元件为可变相移器 , 将它放在最小相移位置 , 以此最小相位为基准 

测量相对位移量。当相移量在最小位置时 , 将探针放在测量线最左端的波节处。 

设为 D 1 ( 即 l 1 = l ' + ', l ' 为自 O 点到测量线刻度原点的距离 , 测量线刻度原 

1 

D 

1 

点在它的最左端 )。由式 (5-5) 求出相移器最小位置的相移量为 

l1 ' + D' 

Φ 

o 

= 常数 − 4π 

(5-6) 

λ 

把相移器调到相位移为 Φ 的位置 , 再移动探针到相邻波节位置 , 设为 D '' 

( 即 

l 1 = l ' + ''), 由 (5-5) 式求出 Φ。 

1 

D 

g 

l ' + D ' 

1 

Φ = 常数 − 4π 

(5-7) 

0 

λ 

由式 (5-7) 减去式 (5-6) 求出相对于最小位置 Φ o 的相对相移量 , 设为 Φ 1 则 

g 

Φ 

1 

= Φ − Φ 

D' 

−D'' 

= 720° 

λ 

0 

D' 

−D'' 

= 4π 

λ 

g 

g 

(5-8) 

由上看出 , 传输波法是根据传输系数的相位改变量来确定待测元件相移量 

的方法 , 由于测试系统接有良好的匹配负载 , 故传输波法的失配误差较反射波 

法小得多 , 且使用了定向耦合器 , 所以可用于大功率元件的相移测量。 


用反射波和传输波法测量相移器的相移量与位置关系的校正曲线。共测九 

个点 , 前后各三点每隔 1mm, 中间三点每隔 0.5mm。 

将被测的可变相移的介质片置于靠在波导窄壁上时的起始位置作为基准。 

每隔 1mm 或 (0.5mm) 将相移器的介质片移向波导的中央 , 记录相移器介质片的 

位置 S 的值相应的波节点位置 D, 由公式计算其相移量 Φ, 以 Φ 为纵坐标 , 以 

S 为横坐标。绘制 Φ-S 校正曲线。 

根据实验原理 , 分别画出反射波法、传输波法测相移的线路。自行拟定实 

验步骤 , 为减小测量误差 , 测波节位置时 , 测量线朝一个方向转动并且用交叉 

读数法确定波节点位置。 


41

1. 反射波法能测量的最大相移量为多少 

2. 测量线法测量相移时 , 频率的偏差对测量结果有无影响 , 为什么 

3. 分析用测量线测相移量的主要误差来源有哪些 , 如何减小这些误差。 

42

实验六双口网络散射参量的测量 


1、掌握实现波导终端开路的方法。 

2、掌握用 “ 三点法 ” 和 “ 短路活塞法 ”( 即图解法 ) 测量双口网络散 

射参量的基本原理与测量技术 , 加深对网络参数的认识。 


网络方法是处理微波问题的重要手段。网络参量虽然在原则上可以计算出 

来 , 但一般比较复杂和困难。工程设计上往往采用测量的方法来确定网络的参 

量。 

传输型微波器件的四端网络表示形式很多 , 诸如阻抗参量 (Z) 导纳参量 

(Y)、散射参量 (S) 等。微波频段通常采用 (S) 参量 , 因为它容易测量 , 并 

通过计算能转换成其他参量 , 如 (Y)、(Z)、电压驻波系数等。 

散射网络是联系微波器件输入端的入射波和反射波与输出端的入射波和反 

射波之间相互关系的网络。它可以简单地用描述网络特性的散射系数 S 11 、S 12 、 

S 21 、S 22 标准的方框来表示 , 如图 7-1 所示 , 图中 a 1 、a 2 分别为输入端和输出端 

向内的入射波 ,b 1 、b 2 分别为输入端和输出端向外的反射波。可用线性代数方 

程表示。 

b 1 =S 11 a 1 +S 12 a 2 

b 2 =S 21 a 1 +S 22 a 2 (6-1) 

Γ 

1 

= 

b 

a 

1 

1 

S 11 S 12 

a 1 

a 2 

“1” 端 “2” 端 

S 21 S 22 

T 1 

b 1 b 2 

T 2 

图 7-1 

式中 S 11 、S 12 、S 21 和 S 22 组成 (S) 参量 , 它们的物理意义分别为 : 

43

S = “2” 端匹配 “2” 端匹配 ,“1” 端的反射系数 

1 

11 

a 

1 

b 

S = “2” 端匹配 “2” 端匹配 ,“1” 端至 “2” 端的传输系数 

2 

21 

a 

2 

b 

S = “1” 端匹配 “1” 端匹配 ,“2” 端至 “1” 端的传输系数 

1 

12 

a 

2 

b 

2 

S 

22 

= “1” 端匹配 “1” 端匹配 ,“2” 端的反射系数 

a2 

测量微波网络 (S) 参数的方法很多 , 本实验主要用三点法及短路活塞法测 

量二端口的网络的 (S) 参数。 

1、三点法 

三点法是通过三次独立的测量所得的数据来确定互易双口网络 

参量的方法。 

对于互易的两端口网络。S 12 =S 21 则只有三个独立的参量 S 11 、 

S 22 、S 12 , 而这三个参数可由三次独立的测量来确定。 

设输出端口接有已知的负载 , 则它在参考面 T 2 上的反射系数按 

定义为 : 

a 

Γ = 

(6-2) 

2 

2 

b 

2 

是已知的 , 这时输入端的 T 1 参考面上的反射数 Γ 1 按定义为 : 

b 

1 

Γ = 

(6-3) 

1 

a 

1 

解方程组 (6-1), 并将式 (6-2),(6-3) 代入 , 经整理后可得 : 

a 

2 

= 

12 

a 

(6-4) 

1 

1 

Γ 

2 

S 

− S 

22 

把 (6-5) 式代入 (6-3) 式可得 

b 

2 

S 

= ( a 

(6-5) 

1 

1 

− S 

22 

Γ 

12 

S + ) 

1 11 

2 

44

2 

Γ 

12 

= + S 

(6-6) 

1 

11 

1 

Γ 

2 

S 

− S 

22 

由 (6-6) 式可见 : 为了确定 S 11 、S 12 、S 22 三个参量 , 可以在输出端口 T 2 

上分别按以三种不同的负载 , 例如可以 T 2 参考面上分别取 : 

短路 Γ 2 =-1 , 设这时的 Γ 1 =Γ 1S (6-7) 

等效开路 Γ 2 =1 , 设这时的 Γ 1 =Γ 1O (6-8) 

全匹配 Γ 2 =0 , 设这时的 Γ 1 =Γ 1Z (7-9) 

将上式 (6-7)、(6-8)、(6-9) 分别代入 (6-6) 式 , 就可解得 : 

S 

S 

S 

11 

22 

2 

12 

= Γ 

1Z 

( Γ 

= 

( Γ 

= 

1O 

1O 

+ Γ 

Γ 

1O 

+ Γ 

1S 

1S 

Γ 

1O 

) − 2Γ 

− Γ 

1S 

) Γ 

1Z 

− Γ 

1S 

1Z 

− 2Γ 

1O 

Γ 

1s 

+ S 

11 

S 

22 

(6-10) 

对于对称网络还有 S 11 =S 22 , 因此对这种互易、对称网络只有两个独立参量 , 

且有 : 

S 

11 

= S 

22 

Γ + Γ 

1 o 1 s 

= 

2 + ( Γ − Γ 

1 o 

1 s 

) 

(6-11) 

S 

2 

12 

2 ( Γ1 

o 

_ Γ1 

s 

) − 2Γ1 

oΓ1 

s 

= S11 

+ 

(6-12) 

2 + ( Γ − Γ ) 

1o 

1s 

输入端面反射系数 Γ 1 的测量方法 : 

S 11 S 22 

S 12 

lT 

d T 

T1 

图 6-2 输入、输出端面的等效位置 

45

参见图 6-2,d T 为待测网络输入端面在测量线上的等效位置 :l T 为网络输出 

jϕ1 

端面在可调短路器上的等效位置 , 因为 Γ 1 = Γ e , 首先测量驻波系数 ρ, 则 

1 

Γ 

1 

ρ −1 

= 

ρ + 1 

(6-13) 

然后测量 d T 左边 ( 向波源一边 ) 相邻驻波节点位置 d min , 对反射系数的相角而言 , 

离波源越近 , 相角越滞后 , 故 

d 

ϕ = 720° 

( ) −180° 

(6-14) 

1 

λ 

g 1 

式中 

d 

= 

d 

min 

− 

d 

T 

三点法只需三次数测量就可以测出双口网络的 S 参量 , 测量步骤相当简单 , 

但是三次测量中任何一次测量数据的误差对于网络参量测量的准确度都有很大 

影响 , 因此 , 这种方法的误差较大。 

2、多点图解法测量双口网络的散射参量 

为了克服三点法误差较大的缺点 , 可以采用多点图解法 , 这样可以通过多 

次测量获得较多的数据 , 从而可以减少在测量中由于偶然因素引起的误差。目 

前 , 它是一个通过数据平均途径直接求取任意四端网络的散射系数的唯一方法。 

如图 6-1 所示 , 如果在网络输出端接上滑动短路活塞 , 随着活塞的移动 , 

在反射系数复平面上 ,Γ 2 圆上的轨迹将是半径为 1 的圆 , 根据复变函数的双线 

性保角变换原理 , 双口网络输入端 T 2 平面上的反射系数 Γ 2 可以直接测出。因 

此这个 Γ 2 圆是可以利用测量数据画出来。测量时 , 在 λ g2 /2 的行程中取 K 个测 

量点 (K 为大于 4 的任意偶数 , 一般取为 8) 按 λ g2 /K 的间隔等距离地移动短路 

活塞 , 逐点记下其相应的位置 , 并分别测出其相应的输入参考面 T 1 上的反射系 

数 Γ 1 的值。将测量数据在反射系数的复平面上分别一一标出。画出 Γ 1 圆后 , 

其圆心 C 和半径 R 当然就可以用作图法求出。 

(i)“ 镜象圆心 ” O′ 的确定 

确定 “ 镜象圆心 ”O′ 的几何方法有两种 : 

方法一、如图 7-3(a) 所示。过 Γ1 圆上的两对变换点 1 ' 、 3 ' 和 2 ' 、 4 ' 作 Γ 1 

圆的切线 , 以相应两条切线的交点 D 和 E 为圆心 , 分别是作通过变换点 1 ' 、 3 '、 

2 ' 、 4 ' 的圆弧 , 这两个圆弧的交点 o ' 就是 “ 镜象圆心 ”。如果以更多的变换点 

46

作出更多的圆弧 , 以交点的平均位置作为 O′, 则 “ 镜象圆心 ” 的确定就更准确。 

1' 

4' 

o ' 

C 

2' 

1' 

K 

O 

o' 

C 

2' 

D 

3' 

4' 

3 ' 

L 

(a) 

E 

(b) 

图 7-3 确定镜象圆心的几何方法 

方法二 : 如图 (6-3)b 所示 , 过 Γ 1 圆上的两对变换点 1 ' 、 3 ' 和 2 ' 、 4 ' 作直 

线 , 其交点标注为 o , 连接 o c 并在点 C 和 o 向相反方向作垂直于 o c 的直线 , 分 

别与 Γ 的圆周交于 K 和 L 点 , 连接 KL 与 o c 相交于 o ' 点 , 则就是所求的 “ 镜象 

1 

圆心 ”。 

“ 镜象圆心 ” O ' 的位置也 

j 

可以用测量的方法确定。因为 o' 

点就是对应于 Γ 2 =0 的圆心 O 的 

Γ 2 

变换点 , 所以终端换接匹配负载 , 

测量输入端反射系数 , 所得结果 

画在图中即 O ' 点。 

(ii)S 参量的幅度 

求 S 参量的幅度的作图方法 

如图 6-4 所示。将 O' C 直线延长 

-1 

F 

O′ 

C 

H 

Γ 1 

O 

-j 

P ′ 

1 

交 Γ 1 圆于 P ' 点和 F 点 , 再过 O ' 点 

图 6-4 确定散射系数模值的图解法 

作 P' F 的垂线交 Γ 1 圆于 H 点 , 

47

连接 CH 直线和 O' O 直线 , 度量各种直线的长度 , 以及 Γ 1 圆的半径 R( 所有长 

度都是单位圆半径的相对长度计算 ) 由此 , 可得互易双口网络 S 参量的幅值为 : 

S 

11 

= 

OO' 

S 

S 

22 

2 

12 

O' 

C 

= 

R 

= (1 − S 

22 

2 

) R 

(6-15) 

(iii) 确定 S 参量幅角的图解方法 

S 参量的幅角也可用作图法确定 , 如图 (6-5) 所示。为此 , 可以根据任意 

一个测量数据点作参考 , 例如可选输出开路点 (Γ 2 圆 - 上的 1 点 , 设为 P 点 )。 

此点在 Γ 1 圆上的变换点设为 P′ 点 , 连接 P ′ O′ 并延长交 Γ 1 园于 Q 点 , 连接 QC 

并延长交 Γ 1 圆于 P ″ ; 连接 O′C 并延长交 Γ 1 圆于 F 点 , 过 C 点作实轴的平行线 , 

交 Γ 1 圆于 A 点和 B 点 , 可以证明 S 参量的幅角为 : 

j 

Γ 2 

1 

Ф 11 

Γ 1 

-1 

Q 

O 

F 

P 

B 

C 

A 

O′ 

Ф 22 

2Ф 12 

P ″ 

P ′ 

-j 

图 6-5 确定散射系数幅角的图解法 

48

Φ 

Φ 

Φ 

11 

22 

12 

= arg S 

= arg S 

= arg S 

11 

22 

12 

= ∠POO' 

= ∠FCP'' 

(6-16) 

1 

= ∠ACP'' 

2 

如果明了待测网络的性质 , 就会使测量大为简化 , 使测量步骤减少 , 同时 

在作图中也会使图形有相应的变化。如 : 

i) 互易对称网络 , 即 S 11 =S 22 , 则 Γ 2 圆中的 O、O ′ 和 C 三点便在一条直线上。 

ii) 短路活塞法仅适用于有耗网络 , 对于无耗网络 , 则图 (6-4) 中 R=1, 且 

C 点与 O 点重合。 

四、实验内容及步骤 

1、实验仪器及装置图 

指示器 

信号源 

~ 

隔离器 


频率计 

短 

路 

板 

可调短路活塞 

滑动单螺钉 + 可变衰减器 

图 6-6 测试装置图 

2、测量线终端接短路板 , 用 “ 交叉读数法 ” 测出两相邻波节点位置 , 

计算出测量线中的波导波长 λ g1 , 并确定一个等效参考面位置 d T 。 

3、测量线终端改接为可移动短路活塞 , 并按下述步骤确定被测网络的输 

出端 T 2 在短路活塞上的刻度值 S T 。 

(i) 

将测量线探针准确地置于 d T 位置 , 移动短路活塞 , 使在测量线 

上为驻波节点仍旧位于 d T , 在可移动短路器上 , 按 “ 交叉读数 

法 ” 确定这时短路活塞的刻度值 S T 。这一刻度值就被定义为被 

测网络的输出端刻度值。也就是使网络输出端短路时的活塞位 

49

置的刻度。即 S 短路 =S T 。 

(ii) 

继续移动短路活塞 , 使探针在 d T 位置再次出现驻波节点 , 并按 

“ 交叉读数法 ” 确定这一相邻波节点在短路活塞上的刻度值。 

计算出此时短路器中的波导波长 λ g2 。 

(iii) 使网络输出端开路时 , 短路活塞的位置刻度值为 : 

S 

开路 

= 

S T 

λ 

+ 

4 

g 2 

4、用三点法测量 “ 滑动单螺钉 + 可变衰减器 ” 的散射参量。 

(a) 测量线与可调短路活塞中间接入等测元件 ( 滑动单螺钉 + 可变衰减器 )。 

使滑动单螺钉位于正中位置 , 螺钉穿伸度约为 3mm, 可变衰减器的衰减量约 1~ 

22dB; 

(b) 短路活塞置于 S T 位置 , 即待测网络处于输出端短路状态。用等指示 

度法测量待测元件输入端驻波系数 ρ S ; 用交叉读数法测出 d T 左边相邻驻波节点 

位置 d min , 按公式 (6-13)(6-14) 计算 Γ 1s , 记录测量数据。 

(c) 短路活塞置于 ( 

S T 

λg 2 

= ) 位置 , 即待测网络片于输出端开路状态。 

4 

按步骤 4(b) 同样的方法测量 ρ o 和 d min 。计算 Γ 1O , 记录测量数据。 

(d) 取下移动短路活塞 , 待测元件终端接匹配负载 , 按步骤 4(b) 至 4(d) 

各数据列成相应的表格。 

(e) 根据公式 (6-10) 计算 “ 滑动单螺钉 + 可变衰减器 ” 的散射系数 S 11 、 

S 12 和 S 22 ; 

5、短路活塞法测量 “ 滑动单螺钉 + 可变衰减器 ” 的 (S) 参量。 

(1) 将被测网络接在测量线与可调短路活塞之间 , 短路活塞从 S T 开始在 

λ g 2 

2 

的行程中 , 取 8 个测量点 , 按 

λ g 2 

16 

的间隔 , 等距离地将短路活塞量于这 8 

个测量点的刻度 S K 上 (K=1,2,3…….8)( 注 : 由于数据点多 , 实验时间不宜 

过长 , 以减小信号源不稳定造成的误差 )。同时 , 在每一个 S K 位置 : 

(a) 向信号源方向移动测量线探针 , 确定邻近 d T 的驻波节点位置 d mink , 

计算反射数的幅角 : 

50

Φ 

K 

4π 

= π + d 

λ 

g1 

720° 

= 180° + d 

λ 

T 

g1 

− d 

min k 

T 

− d 

min k 

(6-17) 

(b) 测出每一个 S K 对应的驻波系数 ρ K , 计算反射系数的模 : 

Γ 

1 K 

ρ 

k 

−1 

= (6-18) 

ρ + 1 

k 

将数据填入下表中 

表 6-1 短路活塞法测量 (S) 参量 

数据点 1′ 2′ 3′ 4′ 5′ 6′ 7′ 8′ 

S k (mm) 

λ g2 

S T+ 

16 

2λ g2 

S T+ 

16 

3λ g2 

S T+ 

16 

4λ g2 

S T+ 

16 

5λ g2 

S T+ 

16 

6λ g2 

S T+ 

16 

7λ g2 

S T+ 

16 

8λ g2 

S T+ 

16 

d mink (mm) 

d k= │d mink –d T │ 

ρ k 

Γ 

1 K 

ρ 

k 

−1 

= 

ρ + 1 

720° 

Φ 

K 

= 180°+ 

dk 

λ 

k 

g1 

j K 

(2) 将 K 个数据点 Γ 1 

标在圆图上 , 并用数字 K ′ 明各数据点 , 然后按照 

k e Φ 

数据点的分布给出一个与各点吻合得最好的圆 , 用作图法求出其圆心 C, 

标明在图上。 

(3) 用作图法或测量法确定 “ 镜象圆心 ”O′, 具体步骤见实验原理中有关 

部分。 

(4) 连接 O O′、O′C 并度量图中各直线长度 , 以及 Γ 2 圆的半径 R( 所有 

长度都是单位圆半径的相对长度 ), 按式 (6-15) 计算 S 参量的幅值 , 为减小作 

图引入误差 ,Γ 2 圆必须作得大而准确。 

(5) 作图并根据式 (6-16) 确定各参量幅角的值。 

51

(6) 注意步骤 5-(1) 中 , 输出端开路时 , 即 

S 

开路 

= 

S T 

λ 

+ 

4 

g 2 

时的点 , 在 Γ 1 圆上定出所对应的 P′ 点 , 在 Γ 2 圆上对应的开 

路点 P 点 ( 见图 6—5)。 

(7) 最后写出复数散射系数 

S 

S 

S 

11 

12 

22 

= S 

= S 

= S 

(8) 由 |S 11 |、|S 12 |、和 |S 22 | 计算出被测器件的两端驻波系数 ρ 1 及 ρ 2 和衰减 

量 A 

1+ 

Γ1 

ρ1 

= 

1 — Γ 

1 

1+ 

S 

ρ 

2 

= 

1 — S 

22 

22 

1 

A = 20log 

S 

12 

1+ 

S 

= 

1 — S 

( dB) 

11 

11 

11 

12 

22 

(9)( 选作 ), 如有时间 , 可进一步用实验验证以上结果 , 即直接测量 ρ 1 、 

ρ 2 和 A 与步骤 5-(8) 中的结果相比较。 

四、思考题 : 

1、如果用三点法或短路活塞法测量单螺钉 ( 后面不接衰减器 ) 的散射参 

量有什么困难 

2、如何实现待测器件输出端开路 

3、试比较 “ 三点法 ” 和短路活塞法 “ 的特点 , 并分析两种方法的误差来 

源。 

4、双口非互易网络的参量能否用本实验的方法进行测量为什么 

e 

e 

e 

jΦ11 

jΦ12 

jΦ22 

52

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