实验三 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。通过实验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ai是入射波, b1 是反射波。在输出端， b2 是入射波， a2 是反射波。a2SS1112SS2122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b1 = S11 a1 + S12a2(1)b2 = S21 a1 + S22 a2(2)式中 S 参数的物理意义分别为r1b1a 2b2对于互易网络由此得到S 12 = S 21Sil 二 b1:2端匹配，1端的反射系数al 2端匹配S 21 二 b2 alS12 二 b a 2S 22 二 b2 a 2:2端匹配，1端至2端的传输系数2端匹配:1端匹配，2端至1端的传输系数1端匹配:1端匹配，2端的反射系数1端匹配设ri为1端的反射系数，r2为2端的反射系数。由(1)、(2)式及n 二 sii+s 2121 - S22r2在（3）式中有三个未知数Sii、S22和S12。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r is、r 10和riL可由（3）式求得三 个未知数。2端开路时r 2 = +11端的反射系数ri0 = Si1+2 端短路时r2 = -i1 端的反射系数r1S = S11 -S 2121 + S 222 端匹配时r2 = 01 端的反射系数r1L= S 11由（ 4）、（ 5）、（ 6）式得由（ 5）式得2r1L-r S1 -r 1 0 22 =r1S-r10S 212 =(S 22+1 )(r 1L -r is)5)6)78)rio -ris 2rioris2+rio -ris开路。则S11=2 监 riSis如果网络是对称的，则S11=S22,只要进行两次测量，例如一次短路，一次s212=s211+1o )网络输入端面反射系数卫的测量方法: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DtLT1LTLT2图二确定开路负载的方法九g2。由此可得可调短路器输入端等效开路的长度应为,九g 2LT = LT 1 +一4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(Zl=-)，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。微波信号源图三实验电路图选频放大器VA测量线待测件/短路片可调短路器匹配负载三、实验内容测量所给双口网络的 S 参数 S11、S22、S12 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，测量厂io、ns> riL。(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；根据0，以及| = 口、二4dmin-1，因此测反射系数就，P+1I M 丿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。四、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 有九g1与九g 2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？五、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。
