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微波传输线理论在电路理论与场的理论之间起着桥梁的作用,是微波技术中电路设计与计算的理论基础。目前许多高校缺乏微波课程所必须的一些课程实验,使得学生对于微波技术的理解仅停留在原理层面,理解不够深入。为了探索微波教学实验的创新教学模式,本文设计出了一套适合学生使用的微波双导线传输线理论教学实验系统。
本文首先介绍了传输线的基本原理,在分析了压控振荡器的基本特性之后,利用Multisim仿真软件,根据电压信号稳定性的要求,采用三端稳压器7815与TL431基准电压源芯片制作出VCO的稳压电源。传输线的高频信号采集部分是本文难点,选择使用AD8361芯片采集测量电压信号有效值,通过有效值的检测反映出信号的特征。硬件电路由真有效值检测模块、轨对轨运放模块、A/D转换模块、MCU模块、串口通信模块与双电源供电模块组成。在计算机软件设计部分,主要通过Visual C++6.0编写软件程序,分为数据采集模块、人机交互模块、Smith圆图模块和数据管理模块,通过串口和下位机硬件部分建立连接,能够实时采集出各测量点电压数据,经拟合处理后显示数据曲线。史密斯圆图上能够显示出电阻圆、电抗圆和反射系数圆,并实时求出驻波比和负载阻抗等参数。最后该系统还能够将实验者本人信息以及测量的数据和测量点相关数据信息存储在数据库中,方便用户查询。
微波双导线传输线实验教学系统具有计算机采集功能、实验项目自主设计功能和稳定性好的特点,能够满足成本低廉、结构简单的要求;通过模块化设计,将各分离元件有机整合到一起,保证了实验系统的整体性能。该系统的软件界面友好,操作简单,在速度、精度及重复性等方面较手动测量系统有较大的改善,大大简化实验过程,并能够让实验者对电磁波的传播有更直观的了解,激发学生的学习动力,增强高校创新型人才培养质量。