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1、1单端口网络单端口网络 S S 参数测量系统参数测量系统摘摘 要：要：在一个网络或系统中，描述其特性的参数有裉多，其中以s参数最为常用，因为s参数 具有直观的物理意义，便于测量，误差也能方便的用信流图来表达和求解。首先我们分析了 理想情况下单端口网络S参数的测量方法，然后在实际器件的网络参数测试中，我们采用了 一定的测试技术进行误差修正，得到了器件性能指标的精确测试结果，这对器件的设计人员 和应用工程师都大有益处。 关键词：关键词：S参数；反射计；定向耦合器；检波器一，系统原理设计方法一，系统原理设计方法驻波参量的测量需要几个数据，还要经过运算后才能得出结论，而且不同频率的参量 要经过逐点测量
2、，这样不仅工作效率低，而且妨碍了测量工作的自动化。工业生产上大量 的测量任务要求有一个简便的，最好是在整个频带内自动进行的快速测量方法，这就促进 了“扫频技术”的发展；而宽频带高方向性的定向耦合器的研制成功，为直接测量反射系 数提供了可能。 扫频反射计测量反射系数在本质上与调配反射计没有区别，但由于工作在扫频条件下， 不能进行调配，故要求整个测量系统的原件都具有宽带特性。对于定向耦合器，为了得到 尽量好的频率响应，要求其方向性尽可能的高。（1）现利用调配反射计设计原理，实现对单口网络的 S 参数测量反射计测量系统的基本测量线路如图 1 所示。它由微波信号源、反射计和待测负载三 大部分组成。反射
3、计由两只定向耦合器组成。如图 1 所示，设它为理想电路（源驻波比为21） ，且输出幅度不变；定向耦合器的断面无反射且方向性无穷大，并与晶体检测管 D3 和 D4 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；反射波经反射耦合器（Dr）取样，从 T3 送入检波器，设 T3 的出射4b波为。两个相对的定向耦合器可以看做一个四端口网络（如图 1（b）所示）设待测单端3b口网络反射系数模值为，即单端口网络的 S 参数模值，由于理想情况下L，则：31420,0SS(1.1)33223222132441 14121241(/)LbS aS aS S
4、 bS aSSbS两只检波器测出的信号幅度之比为：（1.2）34LbKb其中，为则比例常数。213241S SKS（2）标准测量利用反射计测量之前，需要先进行校准求出的值。通常采用短路器作为标准。LK其方法是：将短路器（）接到反射计的输出端，读得比值为，由式 1.2 求出1L34b b校常数34bKb校当反射计的输出端接待测单端口网络时，读出，按公 1.2 求出待测单端口网络的反射34b b测系数（1.3）3434343434/1 /Lbbbbb K bbbbb测测测测校校校比值法实际上是一种功率比法，是建立在晶体检波器是平方律检波器上的，因此源的输出功率不宜过大，此时有，则：234LbKb（
5、1.4）34LII II 测测校校3式中 I 为检波指示装置的指示值。对于理想的反射计，指示值与负载反射系数无关，即，于是 1.4 式变为4b44bb校测（1.5）L3I I 测校它说明当信号源幅度不变时，入射耦合器可以去掉，只留下反射耦合器。相当于终端短路时，其入射波被全部反射，由来表示线路中入射波的大小，而待测单口网络的反射系3b校数由来表示。3b测二，系统的误差分析二，系统的误差分析由于实际中的定向耦合器的方向性不可能是无穷，由于方向性不会是无限大的，这样中就有主线上的反射波成分，中就有主线上的入射波成分，信号源和检波器不4b2a3b1a在理想状态下，于是按上述计算就带来了误差。因此，在
6、这些实际因素的影响下，将L使与之间不再满足线性关系，而引入测量误差。可以证明，由方向性误差带来的最34b bL大相对误差（见参考文献【1】 ）为：1()() LL L LLdd 方向性式中,由此可见，有限的方向性的影响对测小反射系数更为明显。/1010DdL若想减小测量误差，需要采取一定的调配措施。4如图所示，把两个定向耦合器合起来看做一个四端口网络。根据信号流图的不接触环 法（两个互不接触的一阶环构成一个“二阶环” ，二阶环之值等于两个互不接触环之值的乘 积） ，可以把这个四端口网络分别看做两个“定向耦合器检波装置”组合单元，左边为 入射组合，右边为反射组合。 （详细计算见文献【2】 ）将入
7、射组合单元信号流图化简为图 3 所示（K4 为检波效率，为检波器反射系数，Td为有效传输系数，C 为有效耦合系数，CD 为有效方向系数） ，则：（2.1）414141 111 14441ddSSbSaS 其中： 424224 2 2444 414224 21 11 121444 2122441 1444412 444412442 24444241111()1ddd i idi i diiiii ii diSSb aSSSbSbaTaaS bTaabSCaSbC aC DaSMk bk C aDabC DaSSDS 式中：为与出射波成比例的电压幅度值。4Mb5同理解得反射组单元表达式，并由不接触
8、环法得：(2.1)34LLbAB bCD 其中 322221213121312 4122412221221122214221114241411122211142()AS S SS SBS SCS SS S SSS SSS S SSDSS S SS S S 与 1.3 使比较可知，由于实际电路的非理想性，使待测反射系数并不与成比例L34/bb关系。只有当两只定向耦合器的方向性无穷大（即 Dr=Di=0） ，且所有反射系数均为零时，式(2.1)才变为： 与式（1.1）相同。3233221212144141LLLS S SbS SA bDSS 由上述分析可知：由于定向耦合器的方向性有限和主臂反射参数
9、的影响，使得与L失去线性关系。为了使线性关系保持，需要设法使 B=C=0。从上看，信号源34/bb34/bb的失配不影响测量，但影响和指示度的大小和稳定度，所以实际中需要信号源的匹配。3b4b综合之，设计时应选用耦合度适当、方向性尽可能高、主臂反射参数（、）尽11S22S可能小的定向耦合器，并选用匹配性能好的信号源和检波器。三，结束语三，结束语6扫频技术并不限于测量单口网络的反射系数，利用扫频法还可以测量多口网络的散射 参数幅值。如果在图 1 中两个定向耦合器之间插入一个待测的双口网络，并将反接的定向 耦合器改为正接，终端接上匹配负载，由此可以求得双口网络的特性参数。参考文献：【1】董金明、邓晖，微波技术 机械工业出版社【2】董树义，近代微波测量技术 电子工业出版社【3】徐锐敏、唐璞，微波技术基础 科学出版社
