非插入式器件的測量

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際值，無形中將轉接器的損耗和時延加在被測件上，從而無法得到被測件的準確值。或者測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，但這些方法無論優劣都無法直接去除轉接器對非插人器件的影響。本文通過單端口測試未知特性的轉接器(如雙陽和雙陰接頭)，根據算法和假設條件，使級聯后理論計算值接近實際測量值，進而確定轉接器的值，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絡和微波測量系統的簡便有效方法。流圖公式亦稱梅森不接觸環法則(Mason’s non-touching loop rule)，簡稱梅森公式。根據梅森公式可以直接求出信號流圖中任意兩點之間的傳輸值。

2 驗證過程

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做驗證，其他類型的適配器原理和過程也是相同。

實驗中要用到矢量網絡分析儀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)，可編程步進衰減器1個。設置線性頻率范圍1～21 GHz，每100 MHz取一個點，掃描點數201，中頻帶寬100 Hz。在矢量網絡分析儀兩端口接電纜，對電纜進行全雙端口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，使用不同的方法進行測試。方法1中，雙陰和雙陽值是接50Ω匹配負載計算得到;方法2中，雙陰和雙陽值是通過接可編程步進衰減器計算得出。下面為2種方法的詳細過程。

2.1 方法1

端口1接雙陽接頭后，分別連接開路器、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直接加開路器、短路器，測得反射系數分別為Γ2O、Γ2S、 Γ2L(如圖5所示)。

圖5 端口2接開 路器、短路器、匹配負載

由式(2)可以得到雙陽、雙陰的方程組 [SA]、[SB]分別為：

式中：m11、m12、m21 、m22為待測雙陽接頭參數值,n11、n12、 n21、n22為雙陰接頭的S參數值。假設網絡互易有，m12 = m21 n12 = n21，則方程組可解出雙陽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，用矢量網絡分析儀測出衰減器連接雙陰、雙陽的反射系數ΓAL、ΓBL，測得2O dB衰減器的反射系數分別為Γ 1L ，Γ2L。其他步驟類似于方法1。計算出S并和方法1中的對比。

3 驗證

為了上述方法的可行性，用2種方法驗證雙陽雙陰接頭的計算值。

3.1 級聯雙陽雙陰

首先計算出雙陰雙陽級聯后的S參數 。級聯二端口網絡的S參數不能直接計算出，需將S參數轉換為T參數，求出級聯值[TAB] - [TA][TB]，再將級 聯后的[TAB]轉換為[SAB]。將雙陽雙陰級聯(如圖6所示)。

圖6 雙陽雙陰級聯上述方法得到的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，仿真得到最終級聯后的S參數曲線圖和矢量網絡分析儀中測試的S參數曲線對比。

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衰減器的兩條曲線基本一致。雙陽雙陰級聯后不管接那種負載，其級聯值都為定值。存在差別的原因是20 dB衰減器不是標準器件，雙陽雙陰級聯時有反射存在。

圖7 雙陽雙陰接20 dB衰減器計算的和矢量網絡分析儀測試的S11、S22

S11理論計 算值的曲線圖和矢量網絡分析儀的測試曲線非常接近。在低頻段，S22理論計算值的曲線圖和矢量網絡分析儀的測試曲線一致。在高頻時理論計算值的曲線圖要好一些，是因為反射系數在-40 dB以下，并且隔離度較高。事實上，直通測試時雙陽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，每次連接都會在不同程度引人人為誤差。標準件的值是通過校準矢網后測試得到，沒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，但實驗中只是通過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。對這些誤差進行一定的修正就可以得出更好的結果。

3.2 可編程步進衰減器

下面的驗證使用可編程步進衰減器，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參數由實驗數據計算得到(如圖8～10所示)。

由上面的計算結果可以看到：沒接雙陽雙陰接頭計算得到的可編程步進衰減器的S參數得到預期的結果。衰減器的計算值經過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

本文是驗證性實驗，通過計算雙陰和雙陽轉接器去除它們在測試中對非插入器件的影響。將普遍適配器的問題特殊化和簡單化，但是這對其他適配器的測量，和進一步對端口延伸和去嵌入技術的研究有了理論上的突破口。