电磁场与微波实验指导书（实验一）

实验一 微波基础计算器与MWO软件熟悉

一、 实验目的

1. 掌握传输线（长线）基本理论； 2. 熟练掌握Smith圆图的工作原理；

3. 熟练使用微波技术基础计算器计算单枝节线匹配。 4. 熟悉MWO软件界面和基本操作。

二、 实验原理

微波技术基础计算器是以微波计算为基础的进行专业计算的工具。实现了微波技术基础理论中长线（传输线）理论、Smith圆图、网络理论等部分的计算。此计数器共包括：长线上任意点输入阻抗、反射系数、行波系数、驻波比的计算；smith圆图的绘制；任意长线和负载的单枝节匹配；双口网络S、Z、Y、A参数的相互转换。

1、长线理论

基础知识回顾：--微波传输线（长线）理论 (Q1: 传输线理论中基本物理量是什么？)

电压波与电流波（入射与反射）关系：

V(z)?V?(z)?V?(z)?V?e?j?z?V?ej?zI(z)?I?(z)?I?(z)? 1[V?e?j?z?V?ej?z]Z0理想(无耗)均匀传输线的传输特性归结为两个实数：传播常数?和特性阻抗??。传输线理论三套参量：输入阻抗?in，反射系数?，驻波参量（驻波系数?和最小距离lmin）

三套参量间的换算关系：

Zin(z)?Z0Zl?jZ0tan(?l)V(z)?

Z0?jZltan(?l)I(z)Zin(z)?Z0V?(z)j??(z)???e??

Zin(z)?Z0V(z)??1??1???VmaxVmin(0?lmin?

?g2)lmin??g??l?g4?4三套参量同时一个单位圆内表示

1）由横坐标表示反射系数实部，纵坐标表示反射系数虚部，构成反射系数复平面；

2）对于一个无耗均匀传输线，其反射系数的模是不变的，变化的是位相（位置）构成反射系数同心圆；以负载为参考面向源移动时，位相角减少，顺时针转动

3）驻波系数在反射系数复平面上也是同心圆，

4) 阻抗在反射系数复平上表示时要归一化；某一点的阻抗由经过该点的等电阻圆与等电抗弧线确定。

纯电

纯电短路开路

匹配

2、并联单枝节传输线匹配

1) 终端短路传输线相当于一个纯电抗

2) 在主传输线上并联一个短路面位置可调的支路传输线，相当并联一个可变电抗。

3) 由于并联枝节，进行匹配设计时用导纳方法表示更为方便。

三、 微波基础计算器的使用

有了这些基本概念之后，我们就可以学习微波计算器的使用方法。这个计算器实际上就是利用以上的公式，编成、作图完成的，国内外也还有很多

类似的软件。微波计算器的主界面如图1所示。

图1 微波计算器主界面

选择图1中所示的“长线”工具。出现如图2所示的窗口。

图2 长线理论窗口

需要输入的参数有特性阻抗、负载阻抗、工作波长、线长。其中线长为图中整个线的长度。图中当前点的线长为0.544。且线长与波长的单位保持一致。计算器根据你输入的参数，再根据传输线公式

Zin(d)?Z0ZL?jZ0tan(?d)，可以计算出图中当前绿色标记处的输入

Z0?jZLtan(?d)阻抗和导纳。并且计算出当前点的反射系数等参数。 1、 阻抗圆图

选择图1中所示的“阻抗”或“导纳”工具，会相应出现图3的阻抗圆图窗口。

图3 阻抗圆图

以阻抗圆图为例，窗口中需要输入的参数有三个：反射系数、归一化电阻、归一化电抗，相应在左边的画出等反射系数圆、等电阻圆、等电抗圆。等电阻圆和等电抗圆的交点便是阻抗为2＋1j的点（对应图中输入的参数）。另外通过下方的“自动获取数据”选项可以自动长线计算的窗口中获取计算数据，并自动绘制当前点的圆图。如果选中“自动刷新”，可以使两个窗口中的数据自动保持同步。这时拖动长线窗口中的绿色标记，可以看到圆图随距离的变化。 2、 单枝节匹配

选择图1中所示的“匹配”工具，会相应出现图5所示的窗口。

图5 单枝节匹配

同样，在此窗口中，输入相应的参数，软件会自动算出单枝节匹配的匹配点和相应的长度。

四、 实验内容：

1、 长线计算

设置特性阻抗为50欧姆，负载阻抗我们选择100－j 50，波长输入1，线长输入5，此处波长与线长都为相对值，计算线长Z为2.2、3、4.6三处的输入阻抗和反射系数，并且通过《电磁场与电磁波》教材上相应的传输线公式和反射系数公式验证。 2、 阻抗圆图使用

在反射系数中输入0.441＋j 0.073，归一化电阻输入“2”，归一化电抗输入“－1”，最后选择“开始绘制”按钮，左边便相应的出现反射系数圆图、值为2的等电阻圆，值为－1的等电抗圆。等电阻圆与等电抗圆的点便是归一化阻抗为2－j 的点。接下来我们选择“自动获取数据”、“窗体半透明”和“自动刷新”三个选项。此时圆图的数据便实时的直接来自与长线计算器的计算结果。改变长线计算器绿点的位置时，圆图会自动随着进行相应的改变。(用这个功能，可以实现利用微波技术理论课上讲述的基本概念完成传输线的匹配。)使用微波基础计算器计算特性阻抗为 50 欧姆，负载阻抗为 200+150j，取波长为 1 线长为 4（波长线长为相对值）。计算线长 Z 为 2.5 和 3.5 两处的输入阻抗和反射系数。并画出 Z 为 2.5 时的阻抗 圆图。 3、 单枝节匹配

特性阻抗为50欧姆，终端负载为50+j 100，使用单枝节匹配，求枝节的位置d和长度L。

五、 Microwave Office 2003 实例演示

我们通过一个实例来综合讲解MWO。此实例为设计一个非线性二极管检波器，具体步骤如下： 1、新建一个Project

从菜单中选择File下的New Project

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