線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析

10.1線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量10.1.1幅頻特性測(cè)量10.1.2掃頻測(cè)量與掃頻源10.1.3相頻特性測(cè)量目前一頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)引言什么是線性系統(tǒng)的頻率特性？線性網(wǎng)絡(luò)正弦信號(hào)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)H(jω)：頻率響應(yīng)或頻率特性幅度|H(jω)|：幅頻特性相位φ(ω)：相頻特性頻域中的兩個(gè)基本測(cè)量問(wèn)題信號(hào)的頻譜分析：可由頻譜分析儀完成線性系統(tǒng)頻率特性的測(cè)量：可由網(wǎng)絡(luò)分析儀完成目前二頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.1.1幅頻特性測(cè)量點(diǎn)頻測(cè)量法——線性系統(tǒng)頻率特性的經(jīng)典測(cè)量法

每次只能將加到被測(cè)線性系統(tǒng)的信號(hào)源的頻率調(diào)節(jié)到某一個(gè)頻點(diǎn)。依次設(shè)置調(diào)諧到各指定頻點(diǎn)上，分別測(cè)出各點(diǎn)處的參數(shù)，再將各點(diǎn)數(shù)據(jù)連成完整的曲線，從而得到頻率特性測(cè)量結(jié)果。所得頻率特性是靜態(tài)的，無(wú)法反映信號(hào)的連續(xù)變化；測(cè)量頻點(diǎn)的選擇對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響，特別對(duì)某些特性曲線的銳變部分以及失常點(diǎn)，可能會(huì)因頻點(diǎn)選擇不當(dāng)或不足而漏掉這些測(cè)量結(jié)果。目前三頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)幅頻特性掃頻測(cè)量法頻率源的輸出能夠在測(cè)量所需的范圍內(nèi)連續(xù)掃描，因此可以連續(xù)測(cè)出各頻率點(diǎn)上的頻率特性結(jié)果并立即顯示特性曲線。優(yōu)點(diǎn)：掃頻信號(hào)的頻率連續(xù)變化，掃頻測(cè)量所得的頻率特性是動(dòng)態(tài)頻率特性，也不會(huì)漏掉細(xì)節(jié)。不足：如果輸入的掃頻信號(hào)頻率變化速度快于系統(tǒng)輸出響應(yīng)時(shí)間，則頻率的響應(yīng)幅度會(huì)出現(xiàn)不足，掃頻測(cè)量所得幅度小于點(diǎn)頻測(cè)量的幅度；電路中LC元件的惰性會(huì)使幅度峰值有所偏差，因此會(huì)產(chǎn)生頻率偏離。目前四頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)兩種幅頻特性測(cè)量法的比較掃頻測(cè)量所得的動(dòng)態(tài)特性曲線峰值低于點(diǎn)頻測(cè)量所得的靜態(tài)特性曲線。掃頻速度越快，下降越多；動(dòng)態(tài)特性曲線峰值出現(xiàn)的水平位置（頻率）相對(duì)于靜態(tài)特性曲線有所偏離，并向頻率變化的方向移動(dòng)。掃頻速度越快，偏離越大；目前五頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)當(dāng)靜態(tài)特性曲線對(duì)稱時(shí)，隨著掃頻速度加快，動(dòng)態(tài)特性曲線明顯出現(xiàn)不對(duì)稱，并向頻率變化的方向一側(cè)傾斜；動(dòng)態(tài)特性曲線較平緩，其3dB帶寬大于靜態(tài)特性曲線的3dB帶寬；小結(jié)：測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，必須用掃頻法；為了得到靜態(tài)特性，必須選擇極慢的掃頻速度以得到近似的靜態(tài)特性曲線，或采用點(diǎn)頻法。兩種幅頻特性測(cè)量法的比較（續(xù)）目前六頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.1.2掃頻測(cè)量與掃頻源基本工作原理掃頻源的主要特性獲得掃頻信號(hào)的方法頻率標(biāo)記寬頻段掃頻方法目前七頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)掃頻源的基本工作原理

能產(chǎn)生掃頻輸出信號(hào)的頻率源稱為掃頻信號(hào)發(fā)生器或掃頻信號(hào)源，簡(jiǎn)稱掃頻源。它既可作為獨(dú)立的測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器，又可作為頻率特性測(cè)量類儀器的前端。目前八頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

典型的掃頻源應(yīng)具備下列三方面功能：產(chǎn)生掃頻信號(hào)（通常是等幅正弦波）；產(chǎn)生同步輸出的掃描信號(hào)，可以是三角波、正弦波或鋸齒波等；產(chǎn)生同步輸出的頻率標(biāo)志，可以是等頻率間隔的通用頻標(biāo)、專用于某項(xiàng)測(cè)試的專用頻標(biāo)及活動(dòng)頻標(biāo)。掃頻源的基本工作原理（續(xù)）目前九頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)掃頻源的主要特性對(duì)掃頻源通常的技術(shù)要求：在預(yù)定頻帶內(nèi)有足夠大的輸出功率，且幅度穩(wěn)定，以獲得最大的動(dòng)態(tài)范圍；調(diào)頻線性好，并有經(jīng)過(guò)校正的頻率標(biāo)記，以便確定頻帶寬度和點(diǎn)頻輸出；為使測(cè)量誤差最小，掃頻信號(hào)中的寄生振蕩和諧波均應(yīng)很??；掃頻源輸出的中心頻率穩(wěn)定，并可以任意調(diào)節(jié)；頻率偏移的范圍越寬越好，并可以任意調(diào)節(jié)。目前十頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

有效掃頻寬度掃頻線性輸出振幅平穩(wěn)性掃頻源的主要特性（續(xù)）f0：掃頻輸出中心頻率f1：掃頻起點(diǎn)；f2：掃頻終點(diǎn)k0：壓控特性f-V曲線的斜率A1：寄生調(diào)幅最大幅度A2：寄生調(diào)幅最小幅度目前十一頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)獲得掃頻信號(hào)的方法變?nèi)荻O管電調(diào)掃頻

常見于射頻至微波段。實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、輸出功率適中、掃頻速度較快；掃頻寬度小，在寬帶掃頻時(shí)線性差，需額外進(jìn)行掃頻線性補(bǔ)償。YIG（釔鐵石榴石鐵氧體）電調(diào)掃頻常用于產(chǎn)生GHz以上頻段的信號(hào)，利用下變頻可實(shí)現(xiàn)寬帶掃頻?？筛采w高達(dá)10倍頻程的頻率范圍，掃頻線性好、損耗低、穩(wěn)定性好。合成掃頻源實(shí)際上是一種自動(dòng)跳頻的連續(xù)波工作方式，頻率不完全連續(xù)變化，輸出頻率準(zhǔn)確。目前十二頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)頻率標(biāo)記頻率標(biāo)記是掃頻測(cè)量中的頻率定度。產(chǎn)生頻標(biāo)的基本方法是差頻法，利用差頻方式可產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)頻標(biāo)，頻標(biāo)的數(shù)目取決于和掃頻信號(hào)混頻的基準(zhǔn)頻率的成分。所用的頻率基準(zhǔn)的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度較高頻標(biāo)幅度應(yīng)基本一致、顯示整齊不包含雜頻和泄漏進(jìn)來(lái)的掃頻信號(hào)多種頻標(biāo)形式以滿足不同的顯示和測(cè)量需要電路時(shí)延盡可能小以減小頻率定度誤差目前十三頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)頻率標(biāo)記（續(xù)）菱形頻標(biāo)利用差頻法得到，適用于測(cè)量高頻段的頻率特性。對(duì)作為基準(zhǔn)頻率進(jìn)行限幅、整形和微分，形成含有很多諧波成分的尖脈沖，再和掃頻信號(hào)混頻。脈沖頻標(biāo)由菱形頻標(biāo)變換而來(lái)的。將菱形頻標(biāo)送去觸發(fā)單穩(wěn)電路并產(chǎn)生輸出，整形后形成極窄的矩形脈沖頻標(biāo)，也叫針形頻標(biāo)。寬度較菱形頻標(biāo)窄，在測(cè)量低頻電路時(shí)分辨力更高。線形頻標(biāo)狀如一條條極細(xì)的垂直亮線，是光柵增輝式顯示器特有的頻標(biāo)形式。目前十四頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)寬頻段掃頻方法差頻式寬頻段掃頻

定頻振蕩器掃頻本振低通濾波寬帶放大寬帶輸出將固定頻率的振蕩器與作為本振信號(hào)的掃頻振蕩源在混頻器上取差頻。只要使定頻振蕩器的輸出電平遠(yuǎn)小于掃頻本振的電平，則差頻信號(hào)的幅度便由定頻振蕩器的幅度決定，掃頻過(guò)程中差頻幅度可基本保持不變。目前十五頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)寬頻段掃頻方法（續(xù)1）全基波多頻段聯(lián)合式掃頻

目前十六頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)全基波多頻段聯(lián)合式掃頻將頻段相銜接的幾個(gè)單頻段基波掃頻振蕩器組件封裝起來(lái)，用邏輯電路控制微波開關(guān)，因此可以任意選用某個(gè)頻段的振蕩器輸出，也可使幾個(gè)振蕩器依次產(chǎn)生連續(xù)的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)寬頻帶掃頻。

在上圖所示的寬頻帶掃頻方案中，多個(gè)輸出頻率相接的YIG調(diào)諧基波掃頻源結(jié)合在一起，由控制信號(hào)通過(guò)PIN開關(guān)進(jìn)行選擇、組合，按需提供單頻段或多頻段聯(lián)合的掃頻輸出。兩個(gè)定向耦合器與兩個(gè)檢波器的組合用于對(duì)高、低頻段穩(wěn)幅信號(hào)取樣。目前十七頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)寬頻段掃頻方法（續(xù)2）多倍頻程寬帶掃頻以較寬頻帶的基波掃頻振蕩器為基礎(chǔ)，除了直接輸出這個(gè)低頻段信號(hào)外，還可將它加到可選倍率n的倍頻器中以產(chǎn)生若干個(gè)較高頻段?；ɑ芈放c倍頻器是同時(shí)調(diào)諧的。這種倍頻式（諧波式）寬帶掃頻源較全基波式構(gòu)造簡(jiǎn)單，但在高頻段輸出時(shí)可能夾雜來(lái)自低頻段的部分諧波頻率寄生信號(hào)；另外，倍頻之后的信號(hào)寄生調(diào)頻及噪聲也隨之倍增。目前十八頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.1.3相頻特性測(cè)量

測(cè)量線性系統(tǒng)的相頻特性時(shí)，常以被測(cè)電路輸入端的信號(hào)作為參考信號(hào)，輸出端信號(hào)作為被測(cè)信號(hào)，所測(cè)的輸入/輸出相位差就是電路的相頻特性點(diǎn)。相位測(cè)量同樣可采用點(diǎn)頻或掃頻法以獲得相頻特性曲線：掃頻法所得的相頻特性主要是被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的相位和時(shí)延特性的動(dòng)態(tài)測(cè)量；本節(jié)主要討論對(duì)單頻點(diǎn)上的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延特性和相位差進(jìn)行點(diǎn)頻測(cè)量，以及用于點(diǎn)頻測(cè)量的相頻特性測(cè)量?jī)x器，常見的有如低頻段的模擬式相位計(jì)、數(shù)字式相位計(jì)，高頻段的矢量電壓表等。目前十九頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)雙穩(wěn)型鑒相器

也稱雙穩(wěn)型鑒相器，是模擬式相位計(jì)。采用“過(guò)零時(shí)間法”實(shí)現(xiàn)相位差測(cè)量，即測(cè)量?jī)蓚€(gè)同頻信號(hào)波形的同向過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間間隔并與被測(cè)信號(hào)周期相比，從而得到相位差值。目前二十頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)數(shù)字式相位計(jì)有兩種：相位-時(shí)間變換型將兩個(gè)信號(hào)的相位差轉(zhuǎn)換成時(shí)間差，再用計(jì)數(shù)器測(cè)量該時(shí)間間隔；相位-電壓變換型將相位差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值，然后用數(shù)字電壓表完成測(cè)量。瞬時(shí)值型數(shù)字相位計(jì)屬于相位-時(shí)間變換型。由于被測(cè)信號(hào)在傳輸過(guò)程中的干擾會(huì)直接影響計(jì)數(shù)門的開啟和關(guān)閉時(shí)間，因此瞬時(shí)值型相位計(jì)的測(cè)量結(jié)果較不穩(wěn)定?？梢圆捎枚啻螠y(cè)量求平均的辦法以提高測(cè)量精度。目前二十一頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)瞬時(shí)值型數(shù)字相位計(jì)

u1作為參考的信號(hào)在通道1中，用作計(jì)數(shù)門的啟動(dòng)信號(hào)。u1、u2間的相位差首先被處理成兩個(gè)過(guò)零脈沖的時(shí)間間隔ΔT，其中由u1產(chǎn)生的過(guò)零脈沖啟動(dòng)主計(jì)數(shù)門，由u2產(chǎn)生的過(guò)零脈沖負(fù)責(zé)關(guān)閉計(jì)數(shù)門。

若計(jì)數(shù)門的計(jì)數(shù)值為N，則相位差的計(jì)算式為:目前二十二頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)矢量電壓表矢量電壓表是一種能同時(shí)測(cè)量信號(hào)幅度和相位的測(cè)量?jī)x器，本質(zhì)上屬于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。目前二十三頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)矢量電壓表（續(xù)）矢量電壓表較多采用的相頻特性測(cè)量方法是脈沖觸發(fā)式。上圖是一種寬頻帶雙通道矢量電壓表，其相位差測(cè)量范圍為-180o~+180o。高頻信號(hào)u1、u2分別加到兩個(gè)取樣頭變換為固定的中頻信號(hào)，同時(shí)保持了高頻輸入原有的波形、幅度及信號(hào)間的相位關(guān)系。取樣后的中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器進(jìn)行電壓幅度測(cè)量，同時(shí)被整形為方波，然后進(jìn)入雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)型相位計(jì)中實(shí)現(xiàn)相位測(cè)量。固定的中頻信號(hào)單獨(dú)輸出還可用于調(diào)幅度及波形失真等參數(shù)的測(cè)量。目前二十四頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2網(wǎng)絡(luò)分析儀10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念10.2.2網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)10.2.3反射參數(shù)測(cè)量10.2.4傳輸參數(shù)測(cè)量10.2.5S參數(shù)的全面測(cè)量及誤差修正目前二十五頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念網(wǎng)絡(luò)——對(duì)實(shí)際物理電路和元件進(jìn)行的數(shù)學(xué)抽象，主要研究外部特性。頻譜測(cè)量表征電路單元的信號(hào)特性，而網(wǎng)絡(luò)測(cè)量表征電路單元組成的系統(tǒng)特性。網(wǎng)絡(luò)分析——在感興趣的頻率范圍內(nèi)，通過(guò)線性激勵(lì)-響應(yīng)測(cè)試確定元件的幅頻特性和相頻特性的過(guò)程。網(wǎng)絡(luò)分析儀——通過(guò)正弦掃頻測(cè)量獲得線性網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)以及阻抗函數(shù)的儀器。目前二十六頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念低頻波長(zhǎng)>>路徑長(zhǎng)度沿路徑傳播的電流很容易達(dá)到高效功率傳輸?shù)哪康碾妷汉碗娏鞯闹挡灰蕾囉谠诼窂缴系奈恢脗鬏斁€的概念目前二十七頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念在射頻或者微波段：波長(zhǎng)?或者<<傳輸線的長(zhǎng)度特性阻抗(Zo)匹配對(duì)于低反射和最大的功率傳輸意義重大測(cè)量所得電壓的數(shù)值依賴于測(cè)量位置在傳輸線上的位置目前二十八頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念Zo確定了電壓和電流之間的關(guān)系Zo取決于物理結(jié)構(gòu)和介質(zhì)參數(shù)Zo通常是一個(gè)特定的實(shí)數(shù)值(e.g.50or75ohms)目前二十九頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念當(dāng)RL=RS時(shí)，獲得最大的功率傳輸當(dāng)為復(fù)數(shù)阻抗時(shí)，獲得最大功率傳輸?shù)臈l件是ZL=ZS*時(shí)。目前三十頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念傳輸線負(fù)載阻抗為Z0時(shí)（Z0為傳輸線的特征阻抗）：ZS=Z0目前三十一頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念當(dāng)傳輸線終端為短路或者開路情況時(shí)：對(duì)于反射波，當(dāng)短路時(shí)有180度的相移，對(duì)于開路有0度的相移目前三十二頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念當(dāng)傳輸線終端為25歐姆時(shí)：駐波沒(méi)有過(guò)零點(diǎn)目前三十三頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念網(wǎng)絡(luò)分析概述微波網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)S參數(shù)的流圖表示及計(jì)算目前三十四頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分析概述線性網(wǎng)絡(luò)與非線性網(wǎng)絡(luò)線性網(wǎng)絡(luò)（系統(tǒng)）：僅改變輸入信號(hào)的幅度和（或）相位，不會(huì)產(chǎn)生新的頻率信號(hào)；非線性網(wǎng)絡(luò)（系統(tǒng)）：改變輸入信號(hào)的頻率，或產(chǎn)生其他頻率成分。網(wǎng)絡(luò)分析總是假定被分析網(wǎng)絡(luò)是線性的，因而可以基于正弦掃頻法進(jìn)行頻率特性的定量分析。非線性網(wǎng)絡(luò)通常使用頻譜儀進(jìn)行測(cè)量。目前三十五頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分析概述（續(xù)）線性系統(tǒng)特點(diǎn):系統(tǒng)的輸入和輸出頻率相同（不會(huì)有額外的頻率成分產(chǎn)生）輸出頻率僅僅有幅度和相位上的變化非線性系統(tǒng)特點(diǎn):輸出頻率有可能產(chǎn)生頻譜搬移系統(tǒng)的輸出頻率有新的頻率成分產(chǎn)生目前三十六頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分析概述（續(xù)）目前三十七頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分析概述（續(xù)）目前三十八頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分析概述（續(xù)）目前三十九頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分析概述（續(xù)）目前四十頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分析概述（續(xù)）網(wǎng)絡(luò)分析參數(shù)標(biāo)量反射參數(shù)：標(biāo)量傳輸參數(shù)：矢量反射參數(shù)：矢量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：矢量相位：品質(zhì)因數(shù)Q目前四十一頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)微波網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)微波網(wǎng)絡(luò)常用散射參數(shù)（S參數(shù)）表示。任何網(wǎng)絡(luò)都可用多個(gè)S參數(shù)表征其端口特性，對(duì)n端口網(wǎng)絡(luò)需要n2個(gè)S參數(shù)。S11、S21、S12、S22：表示雙端口網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)S參數(shù)，即散射參量。目前四十二頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)微波網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)（續(xù)）散射方程

S參數(shù)的物理意義b1、b2:端口1、2上的所有出射波a1、a2:端口1、2上的入射波S11:端口2匹配時(shí)端口1的反射系數(shù)S21:端口2匹配時(shí)的正向傳輸系數(shù)S22:端口1匹配時(shí)端口2的反射系數(shù)S12:端口1匹配時(shí)的反向傳輸系數(shù)目前四十三頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)微波網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)（續(xù)）S11=ReflectedIncident=b1a1a2=0S21=TransmittedIncident=b2a1a2=0目前四十四頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)微波網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)（續(xù)）S22=ReflectedIncident=b2a2a1=0S12=TransmittedIncident=b1a2a1=0目前四十五頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)微波網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)（續(xù)）

微波網(wǎng)絡(luò)一般有明確的特性阻抗，S參數(shù)特別適用于分析特性阻抗為50Ω的微波網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)。S參數(shù)在微波網(wǎng)絡(luò)中有明確的物理意義且便于使用。傳輸參數(shù)代表網(wǎng)絡(luò)的插入損耗或插入增益，反射參數(shù)代表網(wǎng)絡(luò)與源或負(fù)載之間的失配情況。S參數(shù)便于實(shí)際測(cè)量。當(dāng)信號(hào)源的內(nèi)阻和負(fù)載的阻抗均為50Ω特性阻抗時(shí)，通過(guò)反射和傳輸測(cè)量即可獲得網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)。實(shí)際的信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載阻抗不可能為理想的50Ω，而現(xiàn)代矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)誤差修正可以將源失配和負(fù)載失配的影響降低到可以忽略的程度。目前四十六頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)微波網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)（續(xù)）S參數(shù)便于電路設(shè)計(jì)和計(jì)算分析，現(xiàn)在三極管和場(chǎng)效應(yīng)管等有源器件的生產(chǎn)廠家均給出典型器件的S參數(shù)，以便用戶更好地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和計(jì)算。并且采用S參數(shù)表征網(wǎng)絡(luò)特性最適于用信號(hào)流圖來(lái)解決復(fù)雜的微波網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。沿著無(wú)耗傳輸線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)參考面時(shí)，其幅度不變而只是相位發(fā)生變化。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，經(jīng)常把一些低損耗傳輸線近似為無(wú)損耗傳輸線，使網(wǎng)絡(luò)分析和測(cè)量很方便，尤其是只關(guān)心幅頻特性的時(shí)候。目前四十七頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)S參數(shù)的流圖表示及計(jì)算（續(xù)1）梅森（Mason）不接觸環(huán)路法則T：信流圖所代表的網(wǎng)絡(luò)的增益或傳輸函數(shù)Tk：第k條路徑上所有支路系數(shù)的乘積Δ：信流圖行列式，即信流圖所代表的網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)立方程組的行列式Δk：與第k條開路不接觸的子信流圖的行列式目前四十八頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)S參數(shù)的流圖表示及計(jì)算（續(xù)2）信流圖計(jì)算舉例在雙端口網(wǎng)絡(luò)的端口2上終接一個(gè)反射系數(shù)為ΓL的負(fù)載：由梅森法則：故有：目前四十九頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.2網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析儀是通過(guò)測(cè)定網(wǎng)絡(luò)的反射參數(shù)和傳輸參數(shù)，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)中元器件特性的全部參數(shù)進(jìn)行全面描述的測(cè)量?jī)x器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)線性網(wǎng)絡(luò)的頻率特性測(cè)量。

網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠完成反射、傳輸兩種基本測(cè)量，從而確定幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)特性，S參數(shù)是其中最基本的特性。標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀：只測(cè)量線性系統(tǒng)的幅度信息；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：可同時(shí)進(jìn)行幅度傳輸特性和相位特性測(cè)量。目前五十頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)系統(tǒng)組成原理

基本的網(wǎng)絡(luò)分析儀主要由信號(hào)源、S參量測(cè)量裝置及矢量電壓表組成。目前五十一頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)信號(hào)源：向被測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供入射信號(hào)或激勵(lì)；S參量測(cè)量裝置：實(shí)際上是反射測(cè)量電路與傳輸測(cè)量電路的組合，首先將入射、反射及傳輸信號(hào)分離開，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)分別進(jìn)行測(cè)量；矢量電壓表：測(cè)量入射、反射和傳輸信號(hào)的幅值及它們之間的相位差。也可以通過(guò)幅相接收機(jī)實(shí)現(xiàn)此功能。目前五十二頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀a1為入射波、b1為反射波、b2為傳輸波，它們的測(cè)量通道分別為R（參考）、A、B。通過(guò)這些信號(hào)可確定正向S參數(shù)|S11|、|S21|。將被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的激勵(lì)端與測(cè)試端反接，同理可測(cè)得|S22|、|S12|。目前五十三頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀目前五十四頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀——關(guān)鍵器件目前五十五頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀——定向耦合器目前五十六頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀——檢波器目前五十七頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（續(xù)）兩種網(wǎng)絡(luò)分析儀的簡(jiǎn)單比較：標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀主要測(cè)量裝置反射傳輸S參數(shù)或反射傳輸信號(hào)分離器件標(biāo)量電橋、定向耦合器定向耦合器檢測(cè)方式二極管檢波鎖相接收激勵(lì)源掃頻信號(hào)源合成掃頻信號(hào)源可測(cè)參數(shù)標(biāo)量幅度幅度、相位、群時(shí)延特性成本、精度低高目前五十八頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分析儀與頻譜分析儀在電路結(jié)構(gòu)方面，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀與外差式頻譜分析儀相似：在預(yù)定頻率范圍內(nèi)自動(dòng)測(cè)量電路幅度增益與相位，使用內(nèi)部掃頻源或可程控的外部信號(hào)源作激勵(lì)，測(cè)量被激勵(lì)電路的幅度增益與相位；

不同之處：頻譜分析儀測(cè)量未知或任意的輸入頻率，而矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀只測(cè)量自身或受控的已知頻率；外差式頻譜分析儀測(cè)量輸入信號(hào)的幅度（標(biāo)量?jī)x器），矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量輸入信號(hào)的幅度和相位（矢量?jī)x器）。目前五十九頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.3反射參數(shù)測(cè)量反射參數(shù)（S11、S22）測(cè)量的實(shí)現(xiàn)設(shè)信號(hào)源出射波為ES、功分器分配系數(shù)分別是c1、c2，DUT反射系數(shù)為S11，定向耦合器將DUT的反射波耦合到測(cè)試通道的耦合系數(shù)為c3。有目前六十頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)反射參數(shù)測(cè)量的實(shí)現(xiàn)（續(xù)）用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量反射參數(shù)：目前六十一頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)反射參數(shù)測(cè)量中的誤差來(lái)源

用含有功率分配器、定向耦合器等微波器件的系統(tǒng)進(jìn)行反射參數(shù)測(cè)量將必然存在系統(tǒng)誤差，這些誤差來(lái)自系統(tǒng)本身的頻響特性以及端口特性。定向耦合器作為一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)，可用信流圖表示如下：目前六十二頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)反射參數(shù)測(cè)量中的誤差來(lái)源（續(xù)）方向性誤差D

實(shí)際的定向耦合器方向性D=S32/S31≠0，因此使耦合端的信號(hào)包含了額外泄露出來(lái)的成分。反射頻響誤差TR

由系統(tǒng)本身的頻響誤差引起實(shí)測(cè)的系統(tǒng)頻響軌跡上有若干起伏或小毛刺，即引入了頻響誤差(或頻率跟蹤誤差)。源失配誤差MS

由阻抗失配導(dǎo)致從DUT向源方向看過(guò)去的等效源反射系數(shù)不完全為零。反射信號(hào)中有一部分將在DUT和源之間被來(lái)回反射，因而產(chǎn)生S11A的測(cè)量誤差。目前六十三頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)反射參數(shù)測(cè)量誤差模型反射參數(shù)測(cè)量誤差模型的信流圖表示S11A：DUT的實(shí)際反射系數(shù)（近似真值）S11M：反射系數(shù)測(cè)量值D：方向性誤差TR：反射頻響誤差MS：源失配誤差由梅森法則，可得目前六十四頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)討論：測(cè)量值S11M與實(shí)際反射系數(shù)S11A之差為反射參數(shù)測(cè)量誤差模型（續(xù)）結(jié)論：當(dāng)DUT的反射系數(shù)S11A較小時(shí)，方向性誤差D的影響占主導(dǎo)地位；當(dāng)S11A較大時(shí)，源失配誤差MS是影響反射測(cè)量精度的主要因素目前六十五頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)反射參數(shù)測(cè)量誤差修正誤差修正：在已知系統(tǒng)誤差來(lái)源并建立誤差模型之后，對(duì)已知參數(shù)真值的校準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量值和誤差模型求出各項(xiàng)誤差，最后將它們的影響從測(cè)量值中扣除。常用方法：使用三個(gè)校準(zhǔn)件依次作為DUT進(jìn)行反射參數(shù)測(cè)量，分別得到三個(gè)以D、TR、MS系統(tǒng)誤差為未知數(shù)的方程，然后由該方程組求解三項(xiàng)誤差。微波測(cè)量中，同軸系統(tǒng)一般選用開路器、短路器和匹配負(fù)載Z0作為校準(zhǔn)件。目前六十六頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)反射參數(shù)測(cè)量誤差修正（續(xù)1）步驟如下：接入開路器（反射系數(shù)=1）此時(shí)S11A=1，記測(cè)量值為SM1，有接入短路器（反射系數(shù)=－1）此時(shí)S11A=－1，記測(cè)量值為SM2，有接入匹配負(fù)載Z0（反射系數(shù)=0）此時(shí)S11A=0，記測(cè)量值為SM3，有目前六十七頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)反射參數(shù)測(cè)量誤差修正（續(xù)2）聯(lián)立上三式，解得三項(xiàng)系統(tǒng)誤差分別為：測(cè)量DUT，并將測(cè)量值與校準(zhǔn)所得的誤差代入誤差模型公式：即可得S11A。校準(zhǔn)修正目前六十八頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.4傳輸參數(shù)測(cè)量

S21、S12測(cè)量的實(shí)現(xiàn)

下圖所示為傳輸參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。傳輸測(cè)量與反射測(cè)量的原理基本相同，區(qū)別在于DUT必須串接在測(cè)試信號(hào)通路中。DUT

設(shè)信號(hào)源出射波為ES，功率分配器的分配系數(shù)分別是c1、c2，DUT的傳輸系數(shù)為S21，有：目前六十九頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)傳輸參數(shù)測(cè)量的實(shí)現(xiàn)（續(xù)）用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量傳輸參數(shù)：目前七十頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)傳輸參數(shù)測(cè)量中的誤差來(lái)源傳輸泄漏誤差C：傳輸路徑因隔離不佳（不滿足S21=S12=0）而產(chǎn)生了信號(hào)泄漏，由此引起傳輸泄漏誤差，也叫隔離誤差。傳輸路徑頻響誤差TT：部件的傳輸頻響使實(shí)測(cè)的系統(tǒng)頻響軌跡出現(xiàn)波紋

，即傳輸頻響誤差或跟蹤誤差。源失配誤差MS

：由雙端口網(wǎng)絡(luò)向信號(hào)源方向看過(guò)去的等效源反射參數(shù)。負(fù)載失配誤差ML

：由雙端口網(wǎng)絡(luò)向負(fù)載方向看過(guò)去的負(fù)載反射系數(shù)。目前七十一頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)傳輸參數(shù)測(cè)量誤差模型傳輸參數(shù)測(cè)量誤差模型的信流圖表示S11A：實(shí)際反射系數(shù)S21A：實(shí)際傳輸系數(shù)S12A：實(shí)際傳輸系數(shù)S22A：實(shí)際反射系數(shù)由梅森法則，可得：目前七十二頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)傳輸參數(shù)測(cè)量誤差模型（續(xù)）討論：測(cè)量值S21M與實(shí)際傳輸系數(shù)S21A之差為結(jié)論：傳輸系數(shù)測(cè)量誤差不僅與4項(xiàng)系統(tǒng)誤差有關(guān)，還與網(wǎng)絡(luò)本身的特性參數(shù)有關(guān)，與反射參數(shù)測(cè)量有區(qū)別！目前七十三頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)10.2.5S參數(shù)的全面測(cè)量及誤差修正由以上討論可知：傳輸參數(shù)的測(cè)量誤差無(wú)法采用與反射參數(shù)誤差處理方法相同的過(guò)程實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)和修正，而必須將所有的S參數(shù)全部測(cè)出，再統(tǒng)一修正所有誤差。反射、傳輸參數(shù)雙向測(cè)量系統(tǒng)如下圖所示：圖中兩個(gè)微波開關(guān)聯(lián)動(dòng)，撥到位置1時(shí)可測(cè)反射參數(shù)，撥到位置2時(shí)可測(cè)傳輸參數(shù)，因此不必重新連接DUT就能測(cè)出雙端口網(wǎng)絡(luò)的全部S參數(shù)。目前七十四頁(yè)\總數(shù)八十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前