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矢量網絡分析儀的工作原理

日期:2022-07-27 08:09
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摘要:
   矢量網絡分析儀一個任意多端口網絡的各端口終端均匹配時,由第n個端口輸入的入射行波 an將散射到其餘一切端口並 發射出去。若第m個端口的出射行波為bm,則n口與m口之間的散射參數Smn=bm/an。一個雙口網絡共有四個散射參數 S11、S21、S12和S22。當兩個終端均匹配時,S11和S22就分別是端口1和2的反射係數,S21是由1口至2口的傳輸係數,S12則是反方向的傳輸係數。當某一端口m終端失配時,由終端反射回來的行波又重新進入m口。這可以等效地看成是m口仍是匹配的,但有一個行波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之間關係的聯立方程組。據此可以解出網絡的一切特性參數,如終端失配時的輸入端反射係數、電壓駐波比、輸入阻抗以及各種正向反向傳輸係數等。這就是矢量網絡分析儀的*基本的工作原理。單端口網絡可視為雙口網絡的特例,在其中除S11之外,恒有S21=S12=S22。對於多端口網絡,除了一個輸入和一個輸出端口之外,可在其餘一切端口都接上匹配負載,從而等效為一個雙端口網絡。輪流選擇各對端口作為等效雙口網絡的輸入、輸出端,進行一係列測量並列出相應的方程,即可解得n端口網絡的全部n2個散射參數,從而求出n端口網絡的一切特性參數。  
   圖左為四端口矢量網絡分析儀測量S11時測試單元的原理示意,箭頭表示各行波的路徑。信號源 u輸出信號經開關S1和定向耦合器D2輸入到被測網絡的端口1,這就是入射波a1。端口1的反射波(即1口的出射波b1)經定向耦合器 D2和開關傳到接收機的測量通道。信號源u的輸出同時經定向耦合器D1傳到接收機的參考通道,這個信號是正比於a1的。於是雙通道幅度-相位接收機就測出b1/a1,即測出S11,包括其幅值和相位(或實部和虛部)。測量時,網絡的端口2接上匹配負載R1,以滿足散射參數所規定的條件。係統中的另一個定向耦合器D3也終接匹配負載R2,以免產生不佳影響。其餘三個S 參數的測量原理與此類同。圖右為測量不同Smn參數時各開關應放置的位置。