在射頻測(cè)試中，人們把待測(cè)件看成是個(gè)射頻網(wǎng)絡(luò)。這里所指的網(wǎng)絡(luò)是指一個(gè)盒子,不管大小如何,中間裝的什么,我們并不一定知道,它只要是對(duì)外接有一個(gè)同軸連接器,我們就稱其為單端口網(wǎng)絡(luò)(習(xí)慣上又叫負(fù)載ZL),它上面若裝有兩個(gè)同軸連接器則稱為兩端口網(wǎng)絡(luò)。
一、單端口網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試
最簡(jiǎn)單的單端口網(wǎng)絡(luò)為負(fù)載，口上為連接器，后面接一個(gè)無感電阻。復(fù)雜的可能是個(gè)天線的入口。單端口網(wǎng)絡(luò)的對(duì)外參數(shù)只有一個(gè)反射系數(shù)Γ，其他參數(shù)如回?fù)p、駐波比與阻抗，皆可由其導(dǎo)出。最常用的測(cè)反射系數(shù)的器件為反射電橋。
1.反射電橋
反射電橋又稱電橋反射計(jì)或定向電橋，它不過是測(cè)反射系數(shù)的傳感頭。它只能測(cè)反射并不能測(cè)入射。由于它的輸出正比于反射系數(shù)，因此取名反射電橋是非常恰當(dāng)?shù)?。有人稱為駐波電橋，其實(shí)駐波電橋只適于那種在里面已裝入檢波二極管，因而只有幅度信息沒有相位信息的電橋。
(1)基本原理
原理圖與惠司頓電橋完全相同，只不過結(jié)構(gòu)尺寸改小適于高頻連接，并且不再想法調(diào)平衡，而是直接取出誤差電壓而已。
如圖所示，除非ZX= Z0否則a、b兩點(diǎn)間是有誤差電壓Vab的。輸出正比于反射系數(shù)。反射電橋的名稱也由此而來。
(2)電橋的基本性能參數(shù)
定向性：在電橋測(cè)試端口經(jīng)開短路校正后呈一根水平線，在接上精密負(fù)載后，光點(diǎn)應(yīng)下降，其dB值即定向性。定向性有35dB就不錯(cuò)了，對(duì)一般測(cè)量綽綽有余；要求高時(shí)，要用精密負(fù)載校零反射，校后有效定向性即與負(fù)載的回?fù)p值相當(dāng)。
測(cè)試端口反射：這是指由測(cè)試端口向電橋內(nèi)部看去是否匹配的一個(gè)指標(biāo)，這個(gè)指標(biāo)作到20dB(回?fù)p)左右就不錯(cuò)了。這個(gè)指標(biāo)主要影響大反射的測(cè)量，而通常主要是測(cè)小反射，因此影響不算大，要求高時(shí)可加作三項(xiàng)校正校掉。
插入損耗：輸入端與測(cè)試端間的插損在6dB左右，而輸入端與輸出端的插損理論值為12dB。
(3)注意事項(xiàng)：這種橋很易損壞，主要是插頭超差所引起，這里面有個(gè)L-16與N型的問題，雖然已于1990年2月1日宣布國標(biāo)連接器也采用N型。但實(shí)際上L-16仍在大量應(yīng)用，這樣造成若用N型作橋，則L-16插上將損壞電橋，而按L-16作橋則螺紋不對(duì)，而且縫太大，對(duì)高頻不利。
2.三項(xiàng)校正
由于組成儀器的各個(gè)功能塊由于組成儀器的各個(gè)功能塊（包括反射電橋）并不理想，為了提高儀器準(zhǔn)確度，就有個(gè)校正問題。在對(duì)單端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，要作三項(xiàng)校正。
(1)、開路校正
開路校正的實(shí)質(zhì)就是校Γ=1的這一點(diǎn)，頻率不高（如2GHz以下）時(shí)，只要電橋測(cè)試口空著即可。頻率高或?qū)ο辔灰蟾邥r(shí)，最好接上開路器進(jìn)行開路校正。
(2)、短路校正
短路校正的實(shí)質(zhì)就是校Γ=-1的這一點(diǎn)，只要在電橋測(cè)試口接上短路器進(jìn)行短路校正即可。
(3)、校零
校零的實(shí)質(zhì)就是校Γ= 0的這一點(diǎn)，當(dāng)電橋定向性不到30dB時(shí)，或測(cè)較小的反射時(shí)，需要進(jìn)行校零。在電橋測(cè)試口接上精密負(fù)載，即可進(jìn)行校零；精密負(fù)載的回?fù)p在使用頻段內(nèi)應(yīng)優(yōu)于40dB。
3.駐波測(cè)量中幾個(gè)實(shí)際問題
⑴ 儀器不是沒有誤差的
一個(gè)待測(cè)件在兩臺(tái)儀器上測(cè)出的數(shù)據(jù)是不會(huì)完全相同的，因?yàn)槊颗_(tái)儀器都有一定的誤差，那么差多少是合理的呢？這就要作誤差估計(jì)了。對(duì)于一個(gè)定向性為40dB的電橋來說，表示入射到反射的漏過信號(hào)為0.01，這也就是不確定度的大??；設(shè)待測(cè)件的的反射為Γ，則讀出的反射將為兩者的矢量和，由于兩者之間的相位可為任何值，其后果是：
Γmax=|Γ|+0.01, Γmin=|Γ|-0.01，即Γ值起伏±0.01。
若定向性為30dB,則Γ值起伏±0.0316。由此也可算出駐波比值的范圍或回?fù)p值的范圍。
在三項(xiàng)校正中，這個(gè)定向性不足引入的誤差，可由精密負(fù)載來校零（也有稱校匹配的），其實(shí)質(zhì)是以負(fù)載的反射為零。這在1GHz以下還是辦得到的，而實(shí)際上負(fù)載也是有反射的。假如負(fù)載也是40dB，那校不校也就無所謂了。假如負(fù)載劣于40dB，那反而校壞了。作為工程應(yīng)用，不宜提出過高要求。矛盾出在有時(shí)某一產(chǎn)品在這臺(tái)儀器上合格而在另一臺(tái)儀器上不合格，但有時(shí)又反過來。這時(shí)的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)品作得太臨界。產(chǎn)品指標(biāo)一定要留有余地，否則這種矛盾永遠(yuǎn)存在，靠換儀器來使產(chǎn)品過關(guān)只是權(quán)宜之計(jì)?？傊畬?duì)儀器的誤差范圍要有所了解，射頻器的誤差總是比低頻儀器的誤差大些的。
⑵.注意防止電纜出問題
實(shí)際測(cè)量中要防止電纜出問題。不是實(shí)在必要，不宜通過電纜來進(jìn)行測(cè)試，否則電纜的不完善將影響測(cè)試精度。作為測(cè)試電纜必須經(jīng)過檢驗(yàn)，其回?fù)p優(yōu)于30dB為宜。隨便找一根電纜可能只有十幾個(gè)dB那是不行的。電纜不好能否進(jìn)行三項(xiàng)校正來提高精度呢?原則上是可以的。
即使作為連接電纜，也常因接觸不良與開短路現(xiàn)象造成儀器不能正常工作，通常以為是儀器故障，其實(shí)多半是電纜出了問題。
二、兩端口網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試
兩端口網(wǎng)絡(luò)的品種很多，最常用的就是兩端裝有連接器的一段電纜，通常用的為連接電纜，測(cè)試用的為測(cè)試電纜。其他還有衰減器、放大器等等。
兩端口網(wǎng)絡(luò)的外部特性，要用四個(gè)參數(shù)才能完全表示。一般只測(cè)兩個(gè)參數(shù)已足，若超過兩個(gè)，對(duì)于普及型儀器只好掉頭進(jìn)行測(cè)試。
對(duì)于無源器件，這兩個(gè)參數(shù)即回?fù)p與插損。當(dāng)兩端口網(wǎng)絡(luò)的出口端接上精密負(fù)載后，測(cè)其入端回?fù)p時(shí)。測(cè)試原理及方法與單端口網(wǎng)絡(luò)完全相同，不再重復(fù)。下面主要介紹插損測(cè)試問題。對(duì)于放大器，主要的參數(shù)為增益，而儀器中測(cè)增益是利用衰減器將增益抵消后形成的插損折算后得到的。因此對(duì)儀器內(nèi)部而言，仍然是在測(cè)插損。
1.插損測(cè)試
在一傳輸線系統(tǒng)中, 通常都會(huì)提出整個(gè)系統(tǒng)的插入損耗(簡(jiǎn)稱插損或IL)不得大于某一規(guī)定值的要求, 若系統(tǒng)不止一個(gè)器件, 則每一個(gè)器件(一般為兩端口網(wǎng)絡(luò))也都有各自的插損指標(biāo),因此測(cè)插損是經(jīng)常碰到的一個(gè)很實(shí)際的問題。
通常的作法是采用替代法, 先將網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出端與輸入端間, 用兩根電纜經(jīng)過一個(gè)短的轉(zhuǎn)接器(一般為雙陰或雙陽)連接起來校直通, 然后將轉(zhuǎn)接器去掉接入待測(cè)件即可測(cè)出插損。但是測(cè)試值有時(shí)偏大, 有時(shí)偏小, 甚至出現(xiàn)放大現(xiàn)象, 這在測(cè)小插損時(shí)經(jīng)常會(huì)碰到, 尤其是測(cè)較長電纜時(shí)，會(huì)出現(xiàn)起伏較大且較多的現(xiàn)象。
失配對(duì)測(cè)試的影響：上面提到的替代法, 是通過串入待測(cè)件后入口收到的信號(hào)變小后來算出插損的。假如整個(gè)系統(tǒng)(即源出口, 兩根電纜, 轉(zhuǎn)接器, 入口)是理想匹配的, 則測(cè)出的損耗是對(duì)的。 但是理想匹配這個(gè)前提只在較低頻率下存在, 而一般情況下是不理想的, 也就是說測(cè)試系統(tǒng)中有多處反射存在。入口的信號(hào)(除了入射的經(jīng)過插損的信號(hào)外,還有反射信號(hào))將隨著各信號(hào)的疊加或相消而起伏。
在一般情況下，插損為1-|Γ|2,式中Γ應(yīng)理解為ΓΣ，由此算出的起伏范圍見表：
系統(tǒng)回?fù)p （dB)
10
15
20
25
30
測(cè)試誤差 (±dB)
1.74
0.55
0.18
0.054
0.017
系統(tǒng)回?fù)p是指待測(cè)件向兩端看去的回?fù)p。表中±號(hào)暫不去管它, 因?yàn)闇y(cè)試誤差是指衰減還是指信號(hào)說法相反, 我們只要知道影響的范圍即可。為了減少測(cè)試誤差, 就要想法改善各器件的失配或者測(cè)出各端口的等效網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行修正,常稱全端口校正(如12項(xiàng)校正或TRL校正)。
2.散射參量簡(jiǎn)介
在射頻電路中，一個(gè)兩端口網(wǎng)絡(luò)的特性，可用4個(gè)散射參量完全表示出來。兩個(gè)端口中，1表示輸入端口，2表示輸出端口。
S11為網(wǎng)絡(luò)本身在端口1引入的反射，也就是當(dāng)端口2接上精密負(fù)載時(shí)由端口1測(cè)出的反射系數(shù)Γ。若端接的負(fù)載不理想，尚需經(jīng)過修正才能得到正確的S11 。通常只對(duì)其絕對(duì)值感興趣，因此也有用回?fù)p或駐波比來表示的。
S21當(dāng)端口2接上匹配負(fù)載時(shí)，對(duì)于無源網(wǎng)絡(luò)，S21為端口1到端口2的傳輸系數(shù)T；通常也只對(duì)其絕對(duì)值感興趣，對(duì)于無源網(wǎng)絡(luò)，常用插損來表示；對(duì)于放大器，則為增益。
S12與S21方向相反，對(duì)于可逆網(wǎng)絡(luò)，兩者相同；對(duì)于不可逆網(wǎng)絡(luò)，S12為隔離度。
S22與S11相通，是當(dāng)端口1接上精密負(fù)載時(shí)由端口2向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)看的反射系數(shù)。
簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)分析儀只能測(cè)S11與S21，要測(cè)S12 與S22時(shí)，尚需將兩端口網(wǎng)絡(luò)掉過頭來進(jìn)行測(cè)試。
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