網(wǎng)絡(luò)分析儀的分析原理淺析

　　一個(gè)任意多端口網(wǎng)絡(luò)的各端口終端均匹配時(shí)，由第n個(gè)端口輸入的入射行波 an將散射到其余一切端口并 發(fā)射出去。若第m個(gè)端口的出射行波為bm,則n口與m口之間的散射參數(shù)Smn=bm/an。一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)共有四個(gè)散射參數(shù) S11、S21、S12和S22。當(dāng)兩個(gè)終端均匹配時(shí)，S11和S22就分別是端口1和2的反射系網(wǎng)絡(luò)分析儀數(shù),S21是由1口至2口的傳輸系數(shù)，S12則是反方向的傳輸系數(shù)。

　　當(dāng)某一端口m終端失配時(shí),由終端反射回來(lái)的行波又重新進(jìn)入m口。這可以等效地看成是m口仍是匹配的，但有一個(gè)行波am入射到m口。這樣，在任意情況下都可以列出各口等效入射、出射行波與散射參數(shù)之間關(guān)系的聯(lián)立方程組。據(jù)此可以解出網(wǎng)絡(luò)的一切特性參數(shù),如終端失配時(shí)的輸入端反射系數(shù)、電壓駐波比、輸入阻抗以及各種正向反向傳輸系數(shù)等。這就是網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本的工作原理。單端口網(wǎng)絡(luò)可視為雙口網(wǎng)絡(luò)的特例，在其中除S11之外，恒有S21=S12=S22。對(duì)于多端口網(wǎng)絡(luò),除了一個(gè)輸入和一個(gè)輸出端口之外,可在其余一切端口都接上匹配負(fù)載，從而等效為一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)。輪流選擇各對(duì)端口作為等效雙口網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出端，進(jìn)行一系列測(cè)量并列出相應(yīng)的方程,即可解得n端口網(wǎng)絡(luò)的全部n2個(gè)散射參數(shù),從而求出n端口網(wǎng)絡(luò)的一切特性參數(shù)。

　　四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量S11時(shí)測(cè)試單元的原理示意，箭頭表示各行波的路徑。信號(hào)源 u輸出信號(hào)經(jīng)開(kāi)關(guān)S1和定向耦合器D2輸入到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的端口1，這就是入射波a1。端口1的反射波(即1口的出射波b1)經(jīng)定向耦合器 D2和開(kāi)關(guān)傳到接收機(jī)的測(cè)量通道。信號(hào)源u的輸出同時(shí)經(jīng)定向耦合器D1傳到接收機(jī)的參考通道，這個(gè)信號(hào)是正比于a1的。于是雙通道幅度-相位接收機(jī)就測(cè)出b1/a1，即測(cè)出S11,包括其幅值和相位(或?qū)嵅亢吞摬?。

　　測(cè)量時(shí),網(wǎng)絡(luò)的端口2接上匹配負(fù)載R1，以滿(mǎn)足散射參數(shù)所規(guī)定的條件。系統(tǒng)中的另一個(gè)定向耦合器D3也終接匹配負(fù)載R2,以免產(chǎn)生不良影響。其余三個(gè)S 參數(shù)的測(cè)量原理與此類(lèi)同。圖右為測(cè)量不同Smn參數(shù)時(shí)各開(kāi)關(guān)應(yīng)放置的位置。

　　在實(shí)際測(cè)量之前，先用三個(gè)阻抗已知的標(biāo)準(zhǔn)器(例如一個(gè)短路、一個(gè)開(kāi)路和一個(gè)匹配負(fù)載)供儀器進(jìn)行一系列測(cè)量，稱(chēng)為校準(zhǔn)測(cè)量。由實(shí)測(cè)結(jié)果與理想(無(wú)儀器誤差時(shí))應(yīng)有的結(jié)果比對(duì)，可通過(guò)計(jì)算求出誤差模型中的各誤差因子并存入計(jì)算機(jī)中，以便對(duì)被測(cè)件的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差修正。在每一頻率點(diǎn)上都按此進(jìn)行校準(zhǔn)和修正。測(cè)量步驟和計(jì)算都十分復(fù)雜，非人工所能勝任。

　　上述網(wǎng)絡(luò)分析儀稱(chēng)為四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀，因?yàn)閮x器有四個(gè)端口，分別接到信號(hào)源、被測(cè)件、測(cè)量通道和測(cè)量的參考通道。它的缺點(diǎn)是接收機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，誤差模型中并未包括接收機(jī)所產(chǎn)生的誤差。