现代电子测量理论及应用第七章反射测量

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1、第七章反射测量■反射测量：给出被测器件的两个端接口的特性，被测器件可以有一个端口或多个端口。■基本测量：测量随频率变化的复反射系数Γ。■多种测量转换：●回波损耗测量：由于反射系数的幅值以分贝刻度显示，可以看成回波损耗测量。●可以将反射系数变为其它形式，例如驻波比和阻抗。●采用S参量表示时，双端口器件的s11和s22即为反射系数。§7-1直角坐标显示方式■基本反射测量：复反射系数的测量，定义为反射电压与入射电压之比。Γ=VR/VI（7-1）●反射系数的幅值可以按线性刻度显示，或以分贝形式的回波损耗表示：RL=－20log(

2、Γ

3、)=－20log(

4、ρ)（7-2）▲回波损耗的计算中含有的负号使其数值成为正值；▲当在网络分析仪上测量时，常将该负号略去，从而得到的测量值是负值。例如，对40dB的回波损耗，网络分析仪读为－40dB。▲图7-1给出带通滤波器的典型的回波损耗测量结果。在通带的中心，回波损耗超过10dB，示迹越低，匹配越好。图7-1某带通滤波器输入端的回波损耗测量结果■SWR和阻抗测量：●其它参量可以由复反射系数导出并显示在直角坐标刻度上（前述已经给出了有关驻波比和复阻抗的公式）；●一个SWR图的实例如图7-2所示。图7-2对图7-1中所测的同一带通滤波器的SWR测量结果§7-2极坐

5、标显示方式■极坐标方式显示：反射系数是复数，可以用极坐标的方式表示；●如图7-3所示，即在复平面上取一水平的实数轴和一垂直的虚数轴。●在极坐标显示中，没有频率轴，但是网络分析仪的标记或光标可以向用户提供任何特定数据点的频率。●按反射系数的幅度（ρ）和相位（θ）画出任何特定的频率点，该点画在一个矢量的末端，这个矢量从极坐标图的中心开始，以θ的角度延伸等于ρ的距离。角度相对于定义为0度的向右实数轴来确定。图7-3复反射系数的极坐标方式表示●例如：在如图7-3所示的复平面上表示的三个特殊点：▲将理想的Z0负载接到测试端口，则将没有反射，反射系数为0∠

6、0°，或0+j0，在极坐标图上就是中心点；▲开路造成入射波的全反射，反射系数为1∠0°，其极坐标显示画在右侧；▲对测试口的短路将造成入射波的全反射，反射系数为－1，按极坐标表示为1∠180°，该点画在极坐标的左侧。史密斯图■史密斯图：（1933年，AT&TB贝尔实验室的工程师PhilipSmith发明）●用于描述传输线电路中的阻抗变化；●由于传输线的阻抗变化范围为0~∞，史密斯采用反射系数描述传输线和负载的匹配，利用传输线反射系数和阻抗的关系将阻抗表示成圆图的形式；●史密斯图是一种将复反射系数转化为归一化复阻抗的图形，如图7-4所示。利用史密斯

7、图可以实现许多其它的变换。图7-4史密斯图是一种将复反射系数转化为归一化复阻抗的图形■具体：●归一化阻抗z由下式给出z=Z/Z0（7-3）其中：Z为未归一化的阻抗，Z0为系统的特性阻抗；●归一化和未归一化阻抗可以用它们的电阻和电抗分量表示：Z=R+jX（7-4）z=r+jx（7-5）则：r=R/Z0（7-6）x=X/Z0（7-7）■例7-1在一个50Ω系统中，将复反射系数的特定值画在史密斯图上，其归一化阻抗为0.3－j2，试问对应该反射系数值的阻抗（未归一化）是多少？z=0.3－j2，z=Z/Z0，Z=（Z0）（z）=50(0.3－j2)=15

8、－j100Ω●如图7-5a所示：恒定电阻圆为计算复反射系数值，并画出具有相同归一化电阻的点的轨迹。●如图7-5b所示：恒定归一化电抗弧线，在复反射系数平面画出具有相同电抗的点的轨迹。注意归一化电抗可正值或负值，分别与感抗和容抗相对应。这两种点的轨迹相结合，得到一完整的史密斯图。图7-5a史密斯图上的恒电阻圆图7-5b史密斯图上的恒电抗线■史密斯图的恒电阻圆和恒电抗弧线给出了从反射系数到归一化阻抗的圆形变换。■史密斯图的用途远超出图形变换技术，如采用史密斯图进行各种各样的分析与设计方法，使其成为工程师在射频与微波领域工作的一种标准设计工具。图7-

9、6由图7-1带通滤波器的输入反射系数得到的极坐标图，采用史密斯图刻度§7-3定向电桥和耦合器■定向电桥（定向耦合器）：用来分离沿传输线的或在被测器件端口的入射电压或反射电压。■在理想情况下，电桥或耦合器只测量所关心方向行进的波，不管任何其它方向行进的波，但受到实际的限制。■定向电桥和定向耦合器具有相同的基本功能，但采用的技术不同。●让考察定向电桥的工作。定向电桥的简化电路如图7-7所示。图7-7简化的定向电桥电路●检波器电压的相位或极性表明了反射的相位：▲当测试端口接以理想的Z0负载：电桥处于平衡状态，检波器测到的电压为0，这表明不存在反射波。

10、▲测试端口开路：检波器端将接收到一半的源电压，表明有一半的反射。▲测试口短路：检波器仍将接收到一半的源电压，极性相反。这种定向电桥所产生的检波器电压正