阻抗測量及匹配技術
一、實驗目的
1、掌握用測量線測量阻抗的原理和方法。
2、學習匹配技術。
3、熟悉Smith 園圖的應用。
二、實驗原理
微波元件或天線系統的輸入阻抗是微波工程中的重要參數，本實驗學習微波測量
線測量單端口微波元件輸入阻抗的方法。
由傳輸理論可知，傳輸系統中駐波分布與終端負載阻抗直接有關，表征駐波特性
的兩個參數，駐波比ρ及相位Blmin 與負載阻抗的關系如下式所示：

lmin 是總終端負載至相鄰駐波節點的距離，圖5-1 所示。因此只需在測量線的輸
出端接上待測負載，分別測量駐波比ρ、波導波長λg 和距離lmin，可用式（5~1）
或根據阻抗圓圖計算待測元件的輸入阻抗。

圖5-1 終端負載至相鄰駐波節點的距離
實際測量中常用“等效截面法”。首先讓測量線終端短路，沿線駐波分布如圖5-2(a)
所示，因而移動測量線探針可測得某一駐波節點位置d T，它與終端距離為半波長的
整數倍nλg/2 ，此位置即為待測元件的輸入端面在測量線上等效應位置T。當測量
線終端換接待測負載時，系統的駐波分布如圖(5-2(b))所示。用測量線側得dT 左邊的相鄰駐波節點位置Lmin 即為終端相鄰駐波節點的等效位置，所以

在測量精度要求不高時，可利用阻抗圓圖來求解。圖(5-2)所示阻抗圖，駐波節點
處的阻抗為純電阻，其電阻值以為圓心，以ρ為半徑做一圓純電阻軸交于A 點，由A
點沿著等ρ圓逆時針轉過Lmin/λg 波長數到達T 點，點T 的讀數即為待測元件的歸一
化阻抗 。連接TO，并反向延長TO 交于ρ園于T’點，T’點讀數為負載歸一化導納Y~c

圖5-2 阻抗測量原理圖
2、測量膜片的歸一化阻抗

圖5-3 測量膜片阻抗結構示意圖及等效電路
把待測膜片接入測量系統中時，后面還接一只性能良好的匹配負載，來完全吸收
通過膜片的能量，這樣測得阻抗，實際是膜片與匹配負載的總阻抗。由于這樣的接法
從電路的觀點來看是并聯的，因此用導納表示 較為合適，其中實部I 代
表匹配負載，而虛部±jB 則表示膜片的歸一化電納。
3、匹配技術
匹配是微波技術中的一個重要概念，通常包含兩個方面的意義一是微波源的匹
配，二是負載的匹配。
在小功率時,構成微波匹配源最簡單的方法，是在信號源的輸出端口接一個衰減量
足夠大的吸收式衰減器或隔離器，使負載反射的波通過衰減進入到信號源后的二次反
射可以忽略。負載的匹配，則是要解決如何消除負載反射的問題，因而調匹配過程的實質，就使調配器產生一個反射波，其幅度和失配元件產生的反射波幅度相等，而相
位相反，從而抵消失配元件在系統中引起的反射而達到匹配。
匹配的方法很多，對于固定的負載，通常可在系統中接入隔離器，膜片，銷釘，
諧振窗以達到匹配目的，而在負載變動情況下可以接入滑動單螺、多螺等各種類型的
調配器。
單螺釘調配器
單螺釘調配器，螺釘的作用是引入一個并聯在傳輸上的容性電納，借助于導納園
圖很方便地求出螺釘的縱向位置L 和電納值jB 見圖5-4，圖中Yin 表示被匹配負載輸
入導納，欲使負載匹配即Yin=1+j0，首先必須使螺釘所位于的平面在G=1 的圓上，
由此在圓圖上求得等ρ園與G=1 園交于A 點輸入導納YA=1-jB，電納呈感性，螺釘
電納呈容性，改變螺釘深度，即能改變并聯的容性電納值，使Yin=1+j0，得到匹配，
滑動單一調配器能對園圖上任一導納值調配，故在理想情況下它的禁區為零。

圖5-4 單螺釘調配器原理圖
三螺釘調配器
三螺釘調配器：這種調配器的螺釘位置固定在傳輸線上，依靠調配螺釘深度得到
匹配。其調配要點先右，后左，循環多次，在調配過程中需不斷觀測駐波大小，使波
節點電平提高，直到波節波腹點電平接近，駐波系數最小。
調配方法：實際工作中常常采用逐步減小駐波比的方法，即先將駐波測量線的探
針置于波節位置，調整調配器，觀察到指示器讀數增大，就說明調配螺釘移動方向對
頭，反復調整螺釘位置，直至達到所要求的駐波比，還須注意在每次調配過程中，駐
波的相位也會隨著改變，因此，每當用測量線觀察波節電平時，要移動探針位置，使
之真正位于波節（或波腹）點。

三 、實驗儀器和裝置圖

圖5-4 測試裝置圖
四、實驗內容及步驟
1、按圖5~4 所示檢查實驗裝置。
2、按操作規程調整測量系統，并用頻率計測量信號源工作頻率，測量線終端接的是
短路片。
3、測量線終端換短路片，用交叉讀數測量波導波長λg ，并確定位于測量線中間一
個波節點位置為dT，記錄測量數據。
4、換上1 號負載，測量dT 左邊相鄰駐波節點的位置dmin，計算lmin=│dmin－dT
│，記錄測量數據。
5、用功率衰減法，測量駐波比ρ，記錄測量數據。
6、換二號負載測量lmin 和駐波比ρ。
7、換晶體檢波器，退出調配螺釘，調節短路活塞，使輸出最大，測lmin 和ρ。
8、根據lmin、ρ、λg 應用smith 圓圖計算歸一化阻抗Zi 和歸一化導納Yi 。
9、用三螺調配器調配晶體檢波器。
測量線終端接晶體檢波器，調節檢波器的短路活塞，使檢波器輸出指示最大，保
持短路活塞位置不變，反復調節螺釘，使駐波系數至ρ<1.05 記錄Imax，Imin 和ρ。
五、實驗前準備
1、認真閱讀實驗指導書，了解阻抗測量方法和匹配技術。
2、畫好數據記錄表格。
六、實驗報告
1、 整理數據，根據測量得到ρ，lmin，λg 應用smith 圓圖計算一號二號和三號負載的歸一化 Z~ 和 Y~ 。和三號負載匹配時ρ值。

七、思考題
1、一號和二號中膜片各是什么負載？
2、測量膜片阻抗時為什么后面接匹配負載？
3、測量微波元件阻抗時為什么首先在測量線上確定“等效面”？
4、為什么要調匹配？調匹配過程的實質是什么？通常用的調配方法是什么？