非插入式器件的测量

2015-03-25 09:19:39   来源:eechina   

关键字: 非插入式器件  适配器  S参数  反射系数

由于微波工程上的需要,大多微波射频部件的端口都是阴头,而电缆连接器件的端口却是一阴一阳,这些微波射频部件不能直接连接在矢量网络分析仪上进行直通测试,被称为非插入式器件。实际测量中,存在大量的非插入器件,他们端口连接类型相反,阴阳极性相同,校准时不能直接进行直通测量。为了让非插入式器件连接上矢量网络分析仪,必须加双阴或双阳转接头,这样矢量网络分析仪的测试值并不是被测件实际值,而是被测件加上转接器的值。
一般测量中都忽略了转接器的影响,认为所测结果就是被测件实际值,无形中将转接器的损耗和时延加在被测件上,从而无法得到被测件的准确值。或者测试中用不同的校准方法,例如,特性未确定直通法、特性确定直通法、等适配器交换法、适配器移除等,减少转接器对被测件的影响,但这些方法无论优劣都无法直接去除转接器对非插人器件的影响。本文通过单端口测试未知特性的转接器(如双阳和双阴接头),根据算法和假设条件,使级联后理论计算值接近实际测量值,进而确定转接器的值,最终得到被测件的准确值,从而去除转接器在测试中对被测件的影响。
1 原理
信号流图(如图1所示)结合散射参数是分析微波网络和微波测量系统的简便有效方法。流图公式亦称梅森不接触环法则(Mason’s non-touching loop rule),简称梅森公式。根据梅森公式可以直接求出信号流图中任意两点之间的传输值。

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图1 信号流

梅森公式:
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由梅森公式可知 :

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2 验证过程
适配器有很多种,为了研究方便和具有普遍性,本试验用双阴和双阳做验证,其他类型的适配器原理和过程也是相同。
实验中要用到矢量网络分析仪1台(100 MHz~40 GHz)、电缆2根、2.4 mm的校准件1套(AV31123,校准件和电缆精度要高,误差要小),可编程步进衰减器1个。设置线性频率范围1~21 GHz,每100 MHz取一个点,扫描点数201,中频带宽100 Hz。在矢量网络分析仪两端口接电缆,对电缆进行全双端口SOLT校准后,电缆端口为校准端面,去处12项系统误差。准备工作完成后,使用不同的方法进行测试。方法1中,双阴和双阳值是接50Ω匹配负载计算得到;方法2中,双阴和双阳值是通过接可编程步进衰减器计算得出。下面为2种方法的详细过程。
2.1 方法1
端口1接双阳接头后,分别连接开路器、短路器、50 Ω匹配负载(如图2所示)测出反射系数分别为ΓAO、ΓAS、 ΓAL。端口2接双阴接头后,分别连接开路器、短路器、50Ω匹配负载(如图3所示),测出反射系数分别为ΓBO、ΓBS、Γ BL。然后端口1直接加开路器、短路器、50 Ω匹配负载,测出反射系数分别为Γ1O、Γ1S、Γ1L(如图4所示)。 端口2直接加开路器、短路器,测得反射系数分别为Γ2O、Γ2S、 Γ2L(如图5所示)。

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图3 双阴接开路器、短路器、匹配负载


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图4 端口5接开路器、短路器、匹配负载


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图5 端口2接开 路器、短路器、匹配负载

由式(2)可以得到双阳、双阴的方程组 [SA]、[SB]分别为:

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式中:m11、m12、m21 、m22为待测双阳接头参数值,n11、n12、 n21、n22为双阴接头的S参数值。假设网络互易有,m12 = m21 n12 = n21,则方程组可解出双阳S参数矩阵SA和双阴S参数矩阵SB。分别为:

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2.2 方法2
用2O dB衰减器作为负载替代方法1中50 Ω匹配负载,用矢量网络分析仪测出衰减器连接双阴、双阳的反射系数ΓAL、ΓBL,测得2O dB衰减器的反射系数分别为Γ 1L ,Γ2L。其他步骤类似于方法1。计算出S并和方法1中的对比。
下一页:验证双阳双阴接头的计算值



        
3 验证
为了上述方法的可行性,用2种方法验证双阳双阴接头的计算值。
3.1 级联双阳双阴
首先计算出双阴双阳级联后的S参数 。级联二端口网络的S参数不能直接计算出,需将S参数转换为T参数,求出级联值[TAB] - [TA][TB],再将级 联后的[TAB]转换为[SAB]。将双阳双阴级联(如图6所示)。

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图6 双阳双阴级联


上述方法得到的S参数为参考值,将这些值和由梅森公式计算得到的S参数对比。将所有的测试数据用MATLAB软件处理,仿真得到最终级联后的S参数曲线图和矢量网络分析仪中测试的S参数曲线对比。
由图7可以看到S12、 S21,的差别很小,但S11、S22之间有些差别。方法1中接50 Ω匹配负载和方法2中接20 dB衰减器的两条曲线基本一致。双阳双阴级联后不管接那种负载,其级联值都为定值。存在差别的原因是20 dB衰减器不是标准器件,双阳双阴级联时有反射存在。
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0325/article_11146.html
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