试验三三点法测量二端口微波网络的散射参数

实验三 三点法测量二端口微波网络的散射参数
一、 实验目的和意义
双口网络参数的测量是在单口网络的基础上进行的，同时双口网络测量又是多口网络测量的基础，具有承上启下的作用。

实验要求掌握用三点法测量微波网络的散射参数的方法，为进一步学习微波网络测量打好基础。

二、实验原理和方法
微波网络与参量的求法可以用计算法亦可用实验法，但计算法仅限于解决简单网络，对于复杂的网络，其S 参数的确定要用实验法。

所谓三点法是指必须的测量为3次，由3次测得的数据便可求得双口网络的全部参数。

这是因为互易双口网络只有三个参数是独立的。

对于一个互易的双口网络，其S 参数如图一所示。

在输入端 a 1是入射波，b 1是反射波。

在输出端，b 2是入射波，a 2 是反射波。

图一　双口网络的Ｓ参数
对于线性网络，可用线性代数方程表示
b 1 = S 11 a 1 + S 12 a 2 (1)
b 2 = S 21 a 1 + S 22 a 2 (2)
式中S 参数的物理意义分别为
21111b S a =端匹配
：2端匹配，1端的反射系数 22211b S a =端匹配
：2端匹配，1端至2端的传输系数 11122b S a =端匹配
：1端匹配，2端至1端的传输系数 12222
b S a =
端匹配
：1端匹配，2端的反射系数
设 1Γ为1端的反射系数，2Γ为2端的反射系数。

由（1）、（2）式及
11,1b a Γ=
222
a b Γ= 对于互易网络 S 12 = S 21 由此得到
22
11112
1222
S S S ΓΓ=+-Γ （3）
在（3）式中有三个未知数S 11、S 22 和S 12。

如果能分别测出网络输出端短路、开路和匹配时，网络输入端的反射系数Γ1S 、Γ10和1L Γ可由（3）式求得三个未知数。

2端开路时 21Γ=+
1端的反射系数 212
1011122
S S S Γ=+- （4）
2端短路时 21Γ=-
1端的反射系数 212
111122
S S S S Γ=-+ （5）
2端匹配时 20Γ=
1端的反射系数 111L S Γ= （6） 由（4）、（5）、（6）式得
21110
22110
L S S S Γ-Γ-Γ=
Γ-Γ （7）
由（5）式得
()()21222111S S L S =+Γ-Γ （8）
如果网络是对称的，则S 11=S 22，只要进行两次测量，例如一次短路，一次开路。

则
101112101S
S S
Γ+Γ=
+Γ-Γ （9）
22101210112112101S S
S S S
Γ-Γ-ΓΓ=+
+Γ-Γ （10）
网络输入端面反射系数1Γ的测量方法：
本实验实际上是对网络输入端的反射系数进行三次测量。

操作步骤与单端网络输入阻抗测量相同。

需要说明的是网络输出端开路负载如何获得。

对于微波电路，输出端空载并不意味着开路，因为有辐射存在，不能得到反射系数为+1的开路条件。

获得开路的方法是这样的，测量线输出端用短路片短路。

测得一驻波节点DT ，用可调短路活塞代替短路片，测量线探针保持DT 位置上不动，移动可调短路器的短路活塞，使探头在DT 位置上仍为最小显示（如图二所示），并按交叉读数法（即等指示度法）确定可调短路器短路活塞位置，记下此位置的读数LT1，LT1就是这个可调短路器的输入端为等
ＤＴ
LT 1LT 2
LT 图二　确定开路负载的方法
效短路时长度，
同时也是把它接在网络输出端时，网络输出端获得等效短路的端面。

继
续移动短路活塞，使探针在DT 位置再次出现驻波节点，并按交叉读数法确定该相邻波节点在可调短路器上的刻度值LT2，根据这两个相邻节点的距离，可计算在短路器中波导波长2g λ。

由此可得可调短路器输入端等效开路的长度应为
2
14
g LT LT λ=+
就是说把可调短路器短路活塞位置放在读数
LT 上，短路活塞的输入端等效为开路阻抗（Z L = ∞），把它接到待测网络的输出端就是待测网络的等效开路负载。

三点法只需要测出最少的实验数据便可求出全部的参数。

但是，每一个单次测量数据的误差都直接影响各S
参数的结果。

因此应注意在驻波及阻抗测量中减少误差的各项措施。

隔离器可调衰减器
单螺调
配器
测量线
短路片
可调短路器
图三　实验电路图
三、实验仪器及装置图
微波信号源 选频放大器 测量线
可调短路活塞
实验装置图
（一）
（二）
四、实验内容
测量所给双口网络的S 参数S 11、S 22、S 12步骤如下： 1、调节波源及测量线使之正常工作。

2、按图二所示，确定DT 、LT1、LT2、LT 。

3、接入待测双口网络，测量 1011S L ΓΓΓ、、 。

(1).待测双口网络后面分别接可调短路活塞、短路片和匹配负载作为终端负载； (2).根据ΦΓ=Γj l e ，以及1
1ρρ-Γ=
+、4min 1d g πλ⎛⎫Φ=- ⎪⎝⎭
,因此测反射系数就变为传输线中驻波比的测量和距负载最近一个电压驻波节点的测量 4、按（6）、（7）、（8）式计算所需S 参数。

五、思考题
1、双口微波网络的散射参量的测量在微波网络参数测量中有何重要意义？
2、本实验中同一信号源发出的微波信号，为何在测量线中和可调短路活塞中有1g λ 与2g λ之分？
3、能否用三点法测量铁氧体隔离器的散射参数？为什么？
六、注意事项：
1、三次测量中参考面均应取DT 。

2、可调短路活塞一定要选取反射系数大，移动回差小的活塞，否则实验难以实现。

3、数据处理中请注意复数的四则运算。