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第四章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( Γ、 11 S 、 22 S ) 和标量传输参数 ( 12 S 、 21 S ) 。 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 定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(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(a) 为理想电路, 即源驻波比 g ?=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 D 4 和 D 3 为理想匹配连接。主线上的入射波经入射耦合器( D i ) 取样,从端口 T 4 送入检波器,设 T 4 的出射波为 b 4 ;反射波经反射耦合器( D r ) 取样,从 T 3 送入检波器,设 T 3 的出射波为 b 3。绘出信流图如图 -1(b) 所示。设待测负载反射系数模值为 L Γ,由信流图求出?? L Γ S S S b S S a S a S a S b b 41 32 21 2 21 41 2 32 1 41 2 32 4 3 ??? ( -1a) 由两只检波器测出的信号幅度之比为 L Γ K b b ? 4 3 ( -1b) 式中 K = 41 32 21 S S S 为比例常数。由 L Γ可转换为驻波比) 1 ( ) 1 ( L L L ΓΓ????或回波损失) 1 lg( 20 L L Γ R ?。 2. 校准与测量:利用反射计测量Γ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( Γ=l) 接到反射计的输出端,读得比值为校 4 3 b b ,由式 (-1b) 求出常数校 4 3 b b K ?当反射计的输出端接待测负载时,读出测 4 3 b b ,按公式 (-1b) 求出待测负载的反射系数测校校测校测测 4 4 3 3 4 3 4 3 4 3 1 b b b b b b b b b b K Γ L ???? (-2) 如果晶体检波器是平方律,则有 4 3 ?????????????侧校校侧 I I I I Γ L (-3) 式中 I 为检波指示装置( 如测量放大器等) 的读数。由图 -1(b) 还可以看出,理想反射计的入射指示值 b 4 与所接负载 L Γ之值无关, 测校 4 4 b b ?, 于是式 (-3) 成为 3 ???????校测 I I Γ L (-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,由校 3 b 来表示线路中的入射波大小,而待测负载的反射波则由测 3 b 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(a) 反射计基本测量线路; (b) 理想反射计信流图图 -1 理想反射计 b 2 a 2 b 3 b 4 D 3 D 4 T 3 T 4 D r D i T 微波信号源待测负载 T 2 T 1 a 1 a 2 b 1 b 2 b 3 b 4 s 21 s 12 Γ L s 41 s 32 ( a ) ( b ) 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 D 3 中( 串话) ,一小部分反射波耦合到检测装置 D 4 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 4 3 b b