1工作原理
在微波传输线系统中，当终端所接的负载不完全匹配时，就会在终端引起反射，在传输线中形成驻波，负载不同形成的驻波也不同。负载反射系数的模值决定了驻波的状态，负载反射系数的幅角确定了驻波的相位。幅角又与驻波最小点位置dmin有关。dmin的确定方法是，进行短路校正后，选取一最小点位置作为参考面，在测量线接终端待测件时，离参考面最近的驻波节点的距离就是dmin。因此，若能测得驻波的电场分布就能知道负载的反射系数，进而求出归一化阻抗。
用开槽测量线测量传输线中的驻波，主要是测量不同位置上探针检测到的场强，根据检测信号的强弱读出场强最大值、最小值及其位置，从而算出波导波长和驻波系数。波导波长λg是相邻驻波节点间距离的两倍。波导波长与自由空间波长λ的关系为：
驻波比与反射系数模值的关系为：
归一化阻抗与反射系数的关系为：
根据上述原理，由测量结果就可以进一步得到复反射系数、负载阻抗、导纳等等。
本系统还引入了准确度增强技术。在数据采集过程中，对同一位置场强值和位置坐标，采取了多次采集并求取平均的方法；还对存储的场分布数据用曲线拟合的方法剔除误差较大的数据；在确定驻波最小点上采用等差读数法等等。本系统还将测量的数据先代入(2)式加以判断。对于中小驻波的测量采用(2)式就能得到结果，若是大驻波则采用其他方式进行处理。因为对于大驻波若仍采用(2)式进行处理，对于本系统能测的最大驻波只能是64，对应的反射系数模值是0.969，存在的误差是3％。而改用传输线中场分布关系
应用多点测量法就可以扩大测量范围，提高测量的精度。
2硬件结构
该系统的组成如图1所示。
系统硬件主要由微波高频的测量模块和低频控制模块组成。微波测量模块主要有：固态信号源、隔离器、衰减器、开槽测量线、匹配负载、短路负载和检波器等。低频控制模块主要由以下几个部分组成：键盘和液晶显示器组成的人机接口、放大器、低通滤波器和模数转换器组成的信号采集通道、步进电机驱动模块、串行通信以及单片机。人机接口部分采用的液晶的分辨率是320*240，主要用来显示菜单、测量提示和各种结果图形。键盘主要由上下左右四个方向键和一个确认键构成，根据LCD中的图形窗口和菜单进行参数设置和功能选择。信号采集通道部分主要由两级放大器、四阶低通滤波器、A/D转换器和参考电源组成，其作用是放大并转换检波器输出的微弱的电流信号。串行通信部分利用89C51RD2中的串口资源和时钟资源实现和计算机的串口通信。MCU采用89C51RD2，它具有双地址指针，减小了程序处理中地址指针过忙的瓶颈。它还可以应用6周期时钟模式，这样在相同的晶振，该MCU运行程序的速度比同类微控制器快一倍，并且内部带有引导程序可以现场烧录，可以很容易的进行系统的软件的升级。本系统利用步进电机作为传动装置，它的主要特点是步距值不受各种干扰因素影响，误差不长期积累(转一圈的累计误差为0)，控制性能好。
3软件描述
该系统软件由keil公司的C语言开发环境进行开发，由菲利浦公司的Winisp进行下载调试。系统软件主要由以下两部分构成。
3.1显示信息处理与用户请求处理模块(主控模块)
这一部分实现人机交互及实现整个系统的控制。系统初始化后显示开机导引界面，然后显示图形菜单。可供用户选择的菜单有：电压表；短路校正；测量。用户通过方向键和确认键输入信息，当系统确认用户的输入之后调用相应的子模块。主程序框图如图2。
3.2信号采集结果处理模块
(a)电压表部分：当用户选中电压表后进入虚拟的电压表界面，显示当前A／D转换的输入电压值，主要供用户调整放大倍数。基本框图如图3。
(b)短路校正部分
显示短路校正界面提示用户正确操作。驱动步进马达使探针位于开槽线的一端，然后产生输出信号驱动步进马达向另外一端运动768步(每一步是0.0883mm)，并同时读出每次移动的电压值加以保存。最后提供用户选择界面(主界面、显示驻波图形界面、显示圆图界面)，进行进一步分析或者结束操作。其程序基本框图如图4。
(c)测量模块
主要控制过程同短路校正部分。而与短路校正部分不同的是提供界面和数据处理，测量模块中每次得到的768个数据与短路校正的768个数据进行比较之后才能得到相应相位信息。
4仪器功能及结果显示
开机后进入欢迎界面，然后进入主菜单，其中有系统调整、短路校正、测量、驻波和结果等条目。
(1)系统调整读出检波器的输出，调整探针穿深度、调谐程度、系统调零和调节系统增益。
(2)短路校正主要功能是为测量提供参考相位和参考的电压幅度的最大值和最小值。
(3)驻波模块在短路校正时显示短路校正曲线，在测量时显示短路校正和测量曲线(驻波图形)。
(4)测量模块测量模块测量并计算出反射系数，驻波比，归一化阻抗和散射参数等。
(5)Smith圆图Smith圆图能显示圆图和测量的反射系数在圆图中的位置。
(6)测量结果表格显示、比较多次测量的结果。
综上，本系统具有一体化、集成度高、人机界面友好等特点，是微波教学、研究必备的演示和测试仪器。目前，该系统已经通过鉴定，并且在上海亚美微波仪器厂投入生产。
参考文献
［1］ 安同一，储雪子，等.计算机辅助微波测量——微波CAT［M］.华东师范大学微波研究所，1998.
［2］ 汤世贤，等.微波测量［M］.北京理工大学出版社，1991.
［3］Keil software Inc. uVision2 User's Guide［M］.2001.
［4］C51 User's Guide［M］.2001.