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由于微波工程上的需要，大多微波射頻部件的端口都是陰頭，而電纜連接器件的端口卻是一陰一陽(yáng)，這些微波射頻部件不能直接連接在矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀上進(jìn)行直通測試，被稱(chēng)為非插入式器件。實(shí)際測量中，存在大量的非插入器件，他們端口連接類(lèi)型相反，陰陽(yáng)極性相同，校準時(shí)不能直接進(jìn)行直通測量。為了讓非插入式器件連接上矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀，必須加雙陰或雙陽(yáng)轉接頭，這樣矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的測試值并不是被測件實(shí)際值，而是被測件加上轉接器的值。 一般測量中都忽略了轉接器的影響，認為所測結果就是被測件實(shí)際值，無(wú)形中將轉接器的損耗和時(shí)延加在被測件上，從而無(wú)法得到被測件的準確值�；蛘邷y試中用不同的校準方法，例如，特性未確定直通法、特性確定直通法、等適配器交換法、適配器移除等，減少轉接器對被測件的影響，但這些方法無(wú)論優(yōu)劣都無(wú)法直接去除轉接器對非插人器件的影響。本文通過(guò)單端口測試未知特性的轉接器(如雙陽(yáng)和雙陰接頭)，根據算法和假設條件，使級聯(lián)后理論計算值接近實(shí)際測量值，進(jìn)而確定轉接器的值，最終得到被測件的準確值，從而去除轉接器在測試中對被測件的影響。 1 原理 信號流圖(如圖1所示)結合散射參數是分析微波網(wǎng)絡(luò )和微波測量系統的簡(jiǎn)便有效方法。流圖公式亦稱(chēng)梅森不接觸環(huán)法則(Mason’s non-touching loop rule)，簡(jiǎn)稱(chēng)梅森公式。根據梅森公式可以直接求出信號流圖中任意兩點(diǎn)之間的傳輸值。 圖1 信號流 梅森公式： 由梅森公式可知 ： 2 驗證過(guò)程 適配器有很多種，為了研究方便和具有普遍性，本試驗用雙陰和雙陽(yáng)做驗證，其他類(lèi)型的適配器原理和過(guò)程也是相同。 實(shí)驗中要用到矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀1臺(100 MHz～40 GHz)、電纜2根、2．4 mm的校準件1套(AV31123，校準件和電纜精度要高，誤差要小)，可編程步進(jìn)衰減器1個(gè)。設置線(xiàn)性頻率范圍1～21 GHz，每100 MHz取一個(gè)點(diǎn)，掃描點(diǎn)數201，中頻帶寬100 Hz。在矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀兩端口接電纜，對電纜進(jìn)行全雙端口SOLT校準后，電纜端口為校準端面，去處12項系統誤差。準備工作完成后，使用不同的方法進(jìn)行測試。方法1中，雙陰和雙陽(yáng)值是接50Ω匹配負載計算得到；方法2中，雙陰和雙陽(yáng)值是通過(guò)接可編程步進(jìn)衰減器計算得出。下面為2種方法的詳細過(guò)程。 2．1 方法1 端口1接雙陽(yáng)接頭后，分別連接開(kāi)路器、短路器、50 Ω匹配負載(如圖2所示)測出反射系數分別為ΓAO、ΓAS、 ΓAL。端口2接雙陰接頭后，分別連接開(kāi)路器、短路器、50Ω匹配負載(如圖3所示)，測出反射系數分別為ΓBO、ΓBS、Γ BL。然后端口1直接加開(kāi)路器、短路器、50 Ω匹配負載，測出反射系數分別為Γ1O、Γ1S、Γ1L(如圖4所示)。 端口2直接加開(kāi)路器、短路器，測得反射系數分別為Γ2O、Γ2S、 Γ2L(如圖5所示)。 圖3 雙陰接開(kāi)路器、短路器、匹配負載 圖4 端口5接開(kāi)路器、短路器、匹配負載 圖5 端口2接開(kāi) 路器、短路器、匹配負載 由式(2)可以得到雙陽(yáng)、雙陰的方程組 [SA]、[SB]分別為： 式中：m11、m12、m21 、m22為待測雙陽(yáng)接頭參數值,n11、n12、 n21、n22為雙陰接頭的S參數值。假設網(wǎng)絡(luò )互易有，m12 = m21 n12 = n21，則方程組可解出雙陽(yáng)S參數矩陣SA和雙陰S參數矩陣SB。分別為： 2．2 方法2 用2O dB衰減器作為負載替代方法1中50 Ω匹配負載，用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測出衰減器連接雙陰、雙陽(yáng)的反射系數ΓAL、ΓBL，測得2O dB衰減器的反射系數分別為Γ 1L ，Γ2L。其他步驟類(lèi)似于方法1。計算出S并和方法1中的對比。 下一頁(yè)：驗證雙陽(yáng)雙陰接頭的計算值 3 驗證 為了上述方法的可行性，用2種方法驗證雙陽(yáng)雙陰接頭的計算值。 3．1 級聯(lián)雙陽(yáng)雙陰 首先計算出雙陰雙陽(yáng)級聯(lián)后的S參數 。級聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò )的S參數不能直接計算出，需將S參數轉換為T(mén)參數，求出級聯(lián)值[TAB] - [TA][TB]，再將級 聯(lián)后的[TAB]轉換為[SAB]。將雙陽(yáng)雙陰級聯(lián)(如圖6所示)。 圖6 雙陽(yáng)雙陰級聯(lián) 上述方法得到的S參數為參考值，將這些值和由梅森公式計算得到的S參數對比。將所有的測試數據用MATLAB軟件處理，仿真得到最終級聯(lián)后的S參數曲線(xiàn)圖和矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀中測試的S參數曲線(xiàn)對比。 由圖7可以看到S12、 S21，的差別很小，但S11、S22之間有些差別。方法1中接50 Ω匹配負載和方法2中接20 dB衰減器的兩條曲線(xiàn)基本一致。雙陽(yáng)雙陰級聯(lián)后不管接那種負載，其級聯(lián)值都為定值。存在差別的原因是20 dB衰減器不是標準器件，雙陽(yáng)雙陰級聯(lián)時(shí)有反射存在。 11、S22"> 11、S22"> 圖7 雙陽(yáng)雙陰接20 dB衰減器計算的和矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測試的S11、S22 S11理論計 算值的曲線(xiàn)圖和矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的測試曲線(xiàn)非常接近。在低頻段，S22理論計算值的曲線(xiàn)圖和矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的測試曲線(xiàn)一致。在高頻時(shí)理論計算值的曲線(xiàn)圖要好一些，是因為反射系數在-40 dB以下，并且隔離度較高。事實(shí)上，直通測試時(shí)雙陽(yáng)雙陰的連接端口受到影響。因此理論計算值比測量值更精確。 試驗中對標準件，轉接器和衰減器有多次的連接，每次連接都會(huì )在不同程度引人人為誤差。標準件的值是通過(guò)校準矢網(wǎng)后測試得到，沒(méi)有采用更高一級的定標系統測試。傳輸參數的測量對得到s參數是不可缺少的，但實(shí)驗中只是通過(guò)測量反射系數間接地得到傳輸參數 種種因素造成結果上必然存在一定的誤差。對這些誤差進(jìn)行一定的修正就可以得出更好的結果。 3．2 可編程步進(jìn)衰減器 下面的驗證使用可編程步進(jìn)衰減器，被測件為衰減器衰減值分別為0、10 dB、20 dB、30 dB、40 dB、50 dB、60 dB。衰減器的S參數由實(shí)驗數據計算得到(如圖8～10所示)。 21理論值"> 圖8 衰減器的S21理論值 11理論值"> 圖9 衰減器 的S11理論值 22理論值"> 圖10 衰減器的S22理論值 由上面的計算結果可以看到：沒(méi)接雙陽(yáng)雙陰接頭計算得到的可編程步進(jìn)衰減器的S參數得到預期的結果。衰減器的計算值經(jīng)過(guò)驗證與安捷倫給定的傳輸參數與反射參數相符合。 4 結束語(yǔ) 本文是驗證性實(shí)驗，通過(guò)計算雙陰和雙陽(yáng)轉接器去除它們在測試中對非插入器件的影響。將普遍適配器的問(wèn)題特殊化和簡(jiǎn)單化，但是這對其他適配器的測量，和進(jìn)一步對端口延伸和去嵌入技術(shù)的研究有了理論上的突破口。 |
