微波标量网络分析仪原理16

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1、微波标量网络分析仪原理对单口网络反射系数Γ和双口网络S参数的幅值进行测量，称为标量网络参数测量。这种测量方式使用广泛，其原因是，(1)在许多情况下，某些微波元、器件的性能指标只用幅值参数表征，已满足工程设计要求；(2)幅值参数测量所需的仪器设备成本低，如标量网络分析仪的成本约是矢量网络分析仪的四分之一。本章将标量参数分为两部分讨论，即标量反射参数(、、)和标量传输参数(、)。.1反射计工作原理反射计是构成微波网络分析仪的核心。微波反射参数的点频和扫频测量装置，常用的有定向耦合器和电桥反射计两种，本节讨论它们的工作原理，以定向耦合器反射计为重点。.1-1定

2、向耦合器反射计工作原理一、理想反射计与测量标量反射参数的原理1.理想反射计：反射计的基本测量线路如图.1-1(a)所示。它由微波信号源、反射计和待测负载三部分组成。基本反射计由两只反接定向耦合器组成。设图.1-1(a)为理想电路，即源驻波比=1，且输出幅度不变；定向耦合器的方向性为无穷大且无反射，并与晶体检波器D4和D3为理想匹配连接。主线上的入射波经入射耦合器(Di)取样，从端口T4送入检波器，设T4的出射波为b4；反射波经反射耦合器(Dr)取样，从T3送入检波器，设T3的出射波为b3。绘出信流图如图.1-1(b)所示。设待测负载反射系数模值为，由信流

3、图求出(1-1a)由两只检波器测出的信号幅度之比为(1-1b)式中K=为比例常数。由可转换为驻波比或回波损失。b2a2b3b4D3D4T3T4DrDiT微波信号源待测负载T2T1a1a2b1b2b3b4s21s12ΓLs41s32(a)(b)2.校准与测量：利用反射计测量之前，需先进行校准(求K)。通常采用短路器(质量好的短路板，或在精密测量中采用λ/4的标准短路器)作为标准，来确定常数K。其方法是：将短路器(=l)接到反射计的输出端，读得比值为，由式(.1-1b)求出常数(a)反射计基本测量线路;(b)理想反射计信流图图.1-1理想反射计当反射计的输出

4、端接待测负载时，读出，按公式(.1-1b)求出待测负载的反射系数(.1-2)如果晶体检波器是平方律，则有(.1-3)式中I为检波指示装置(如测量放大器等)的读数。由图.1-1(b)还可以看出，理想反射计的入射指示值b4与所接负载之值无关，,于是式(1-3)成为(.1-4)它说明当信号源幅度不变时，入射耦合器可以拿掉，变成单定向耦合器反射计，亦称单通道反射计(前者称双通道反射计)。相当于终端短路时，其入射波被全部反射，由来表示线路中的入射波大小，而待测负载的反射波则由来表示。在实际中，对定向耦合器的方向性应该要求尽量高，对耦合度要求较强，特别是反射耦合器应

5、更强些，一般不弱于20dB，通常取10dB或6dB、3dB，以减少检测的困难。对带宽要求，视具体情况而定。二、实际双定向耦合器反射计分析实际反射计是：(1)定向耦合器方向性有限，其主线反射不为零，因而有一小部分入射波耦合到检测装置D3中(串话)，一小部分反射波耦合到检测装置D4中；(2)信号源和检波器非理想匹配。因此，在这些实际因素影响下，将使不再满足式(.1-1b)的线性关系，而引入测量误差。经过下面分析表明，若想减小其测量误差，需加入调配器，以提高反射计的测量精度。分析方法是给出信流图，再求其解。1．定向耦合器与检波指示装置组合的信流图把图1-1a改

6、画成四端口网络，如图1-2所示。虚线方框内为实际反射计测量装置，有两个耦合器，令其连接面T左为2'，右为1'，划分为两个“定向耦合器-检波指示装置”组合单元，即入射组合和反射组合。检波器D4检波器D3双定向耦合器a4b4a3b3a1b1a2b212431＇2＇T入射组合反射组合图.1-2实际反射计等效电路以入射组合为例，见信流图.1-3。M4T4DiT1T2＇Γ1a2＇a1b2＇b1Tib4Cik4M4TiCiDiΓ2＇s44s11a2＇s2＇2＇a1b2＇b1s2＇1s12＇b4a4s14s42＇s41s2＇4Γd4k4M4(b)(a)(c)(a)入射

7、定向耦合器Di和检波器组合单元;(b)图(a)的信号流通图;(c)图(b)的简化信号流通图(M4为检波器指示度，k为检波效率)图.1-3入射组合单元散射方程为(.1-5)式中。根据不接触环法则，把图.1-3(b)简化为图.1-3(c)，有(.1-6a)(.1-6b)(1-6c)(.1-6d)(.1-6e)(.1-6f)式中，C为有效耦合系数，CD为有效方向系数，T为有效传输系数，为检波器反射系数。化简为图.1-3(c)，并可写成式中，k4为检波器传输系数，M为与出射波b成比例的电压幅度值。同理，对于反射组合单元，只要注意到与图.1-3(a)的耦合器连接方

8、向是相反的，就不难得到图.1-4(c)的简化流图。s1＇1＇a2s22a1＇b2