通过反射的测量理解传输线理论

袁海军 陈又鲜

摘 要：反射是微波传输与低频电路之间显著不同的地方，虽然课堂上通过电报方程的解可以看到传输线上的波由入射波和反射波叠加而成，但由于电磁波看不见，摸不着，学生难以理解，而在实验中，通过反射测量电桥和定向耦合器的方法测量反射大小，可以使学生深刻理解传输线理论，增强教学效果。

关键词：反射测量电桥；定向耦合器；传输线理论

射频及微波的一个重要概念是反射系数，我们知道，传输线上各点的电压和电流一般是由入射波和反射波叠加，结果在线上形成驻波，沿线各点的电压和电流的振幅不同，传输线上某点处的反射系数定义为该点的反射波电压（或电流）与该点的入射波电压（或电流）之比，在射频技术实验中，使用了两种方法来测量反射的大小，一种是采用反射测量电桥，另一种是采用定向耦合器，通过实验测量，可以深刻理解反射系数的定义和掌握测量方法。

反射测量电桥测量反射系数

实验装置如图1所示，其中AT-TQQ-1反射测量电桥内部结构如图2所示，为了将桥路不平衡（测量端负载阻抗不等50Ω欧）时的信号检测出来，采用传输线变压器来输出该信号。当被测端接50Ω负载时，两路信号大小相等，输出端没有信号输出，当被测端负载阻抗不等于50Ω时，两路信号大小不相等，在输出端有信号输出。传输线变压器具有频率响应宽、插入损耗小，结构简单、体积小、易于制作等优点。传输线变压器以传输线作为绕组，且合理地利用了匝间漏感和分布电容。借电磁波在传输线上的传播来传输能量，从而使传输线变压器的使用频率发展到较高范围。

AT-TQQ-1反射测量电桥的测量端首先不接负载（开路），用AT5010测量并记录曲线1数据，然后接终端负载，用AT5010测得曲线2，如图3所示。两曲线的差值d（按10dB/格读数）即代表反射损耗L。利用关系L=-20lglΓl和ρ=（1+Γ）/（1-Γ）即可决定反射系数lΓl和驻波比ρ。

定向耦合器测量反射系数

利用AT5011的跟踪发生器和频谱分析仪与定向耦合器一起，可以构成多种新的扫频测试系统。这里介绍如图4所示的回波损耗测试系统或扫频反射计。测量时，先要进行校准，这时在端口接短路器，由于跟踪发生器输出的信号在短路的终端形成全反射，反射的信号经定向耦合器输入频谱分析仪，观察到的全反射波形曲线的最大幅度为如图5所示的a；然后在端口改接受试器件，曲线的幅度为如图5所示的b。用跟踪发生器和频谱仪可观察到相应的功率一频率响应曲线的的变化，即代表回波功率大小。若考虑到b、a读数为对数值，可得此時的反射系数为10（b-a）/10。

3 两种方法的比较

采用两种方法都能测量器件的反射系数，当开路或短路时，信号全反射，测得全反射信号的大小，也就是输入信号的大小，再接上被测器件时，只有部分反射，测得该部分反射的大小，反射的大小与输入信号的大小就是反射系数。电桥和定向耦合器方向性指标决定了测量的精度，低颇段电桥的方向性比较好，但高频段电桥的方向性低一些。定向耦合器的频带比电桥的频带窄一些，但两者一般在1GHz以内使用。

参考文献：

[1]蒋鸿雁，龙云亮，潘楚华.微波与射频技术实验教程[M].中山大学出版社，2007（1）：83-90.

[2]李素萍，吴伟.“微波技术与天线”课程教学改革探讨[J].中国电力教育，2011（8）：108-109.

作者简介：袁海军（1966-），男，博士，副教授，从事微波与天线教学与科研工作。