通過反射的測量理解傳輸線理論

袁海軍 陳又鮮

摘 要：反射是微波傳輸與低頻電路之間顯著不同的地方，雖然課堂上通過電報方程的解可以看到傳輸線上的波由入射波和反射波疊加而成，但由于電磁波看不見，摸不著，學生難以理解，而在實驗中，通過反射測量電橋和定向耦合器的方法測量反射大小，可以使學生深刻理解傳輸線理論，增強教學效果。

關鍵詞：反射測量電橋；定向耦合器；傳輸線理論

射頻及微波的一個重要概念是反射系數，我們知道，傳輸線上各點的電壓和電流一般是由入射波和反射波疊加，結果在線上形成駐波，沿線各點的電壓和電流的振幅不同，傳輸線上某點處的反射系數定義為該點的反射波電壓（或電流）與該點的入射波電壓（或電流）之比，在射頻技術實驗中，使用了兩種方法來測量反射的大小，一種是采用反射測量電橋，另一種是采用定向耦合器，通過實驗測量，可以深刻理解反射系數的定義和掌握測量方法。

反射測量電橋測量反射系數

實驗裝置如圖1所示，其中AT-TQQ-1反射測量電橋內部結構如圖2所示，為了將橋路不平衡（測量端負載阻抗不等50Ω歐）時的信號檢測出來，采用傳輸線變壓器來輸出該信號。當被測端接50Ω負載時，兩路信號大小相等，輸出端沒有信號輸出，當被測端負載阻抗不等于50Ω時，兩路信號大小不相等，在輸出端有信號輸出。傳輸線變壓器具有頻率響應寬、插入損耗小，結構簡單、體積小、易于制作等優點。傳輸線變壓器以傳輸線作為繞組，且合理地利用了匝間漏感和分布電容。借電磁波在傳輸線上的傳播來傳輸能量，從而使傳輸線變壓器的使用頻率發展到較高范圍。

AT-TQQ-1反射測量電橋的測量端首先不接負載（開路），用AT5010測量并記錄曲線1數據，然后接終端負載，用AT5010測得曲線2，如圖3所示。兩曲線的差值d（按10dB/格讀數）即代表反射損耗L。利用關系L=-20lglΓl和ρ=（1+Γ）/（1-Γ）即可決定反射系數lΓl和駐波比ρ。

定向耦合器測量反射系數

利用AT5011的跟蹤發生器和頻譜分析儀與定向耦合器一起，可以構成多種新的掃頻測試系統。這里介紹如圖4所示的回波損耗測試系統或掃頻反射計。測量時，先要進行校準，這時在端口接短路器，由于跟蹤發生器輸出的信號在短路的終端形成全反射，反射的信號經定向耦合器輸入頻譜分析儀，觀察到的全反射波形曲線的最大幅度為如圖5所示的a；然后在端口改接受試器件，曲線的幅度為如圖5所示的b。用跟蹤發生器和頻譜儀可觀察到相應的功率一頻率響應曲線的的變化，即代表回波功率大小。若考慮到b、a讀數為對數值，可得此時的反射系數為10（b-a）/10。

3 兩種方法的比較

采用兩種方法都能測量器件的反射系數，當開路或短路時，信號全反射，測得全反射信號的大小，也就是輸入信號的大小，再接上被測器件時，只有部分反射，測得該部分反射的大小，反射的大小與輸入信號的大小就是反射系數。電橋和定向耦合器方向性指標決定了測量的精度，低頗段電橋的方向性比較好，但高頻段電橋的方向性低一些。定向耦合器的頻帶比電橋的頻帶窄一些，但兩者一般在1GHz以內使用。

參考文獻：

[1]蔣鴻雁，龍云亮，潘楚華.微波與射頻技術實驗教程[M].中山大學出版社，2007（1）：83-90.

[2]李素萍，吳偉.“微波技術與天線”課程教學改革探討[J].中國電力教育，2011（8）：108-109.

作者簡介：袁海軍（1966-），男，博士，副教授，從事微波與天線教學與科研工作。