基于時域反射和傳輸?shù)腟參數(shù)測量(07-100)

　　引言

　　在頻域、時域、阻抗域三種電學(xué)基本特性測試測量儀器中，以阻抗域測試測量儀器所用電路結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、測試操作最費時間、成套價格最高。目前能夠供應(yīng)GHz級阻抗域測試測量儀器的公司亦為數(shù)不多，特別是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)只有安捷倫、安立、羅德施瓦茨等幾家公司生產(chǎn)。VNA的最高帶寬達到65GHz，前端使用變頻器可將帶寬擴大至120GHz，成套售價在二十萬美元以上。

　　我們知道，任何電子元器件都可用二端或四端網(wǎng)絡(luò)來表征，所用參數(shù)有Z(阻抗)、Y(電導(dǎo))、H(混合)和S(散射)，由于Z、Y、H參數(shù)的測量都涉及開路、短路條件，這些條件在GHz頻段不易實現(xiàn)，因此VNA測量的是阻抗匹配條件下的S參數(shù)。在十年前一些測試測量專家試圖從時域—頻域特性測量入手，通過快速傅立葉函數(shù)變換將幅度—時間特性變成分立的幅度—頻率特性，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出S參數(shù)。整個測試過程和測量條件與直接測量S參數(shù)相同，只是激勵源從掃頻發(fā)生器改為階躍脈沖發(fā)生器，從時域反射(TDR)和時域傳輸(TRT)參數(shù)導(dǎo)出S參數(shù)。

　　最簡單的一個物理同軸線連接點的二端口S散射矩陣見表達式(1)，它是由輸入端口和輸出端口的入射波和反射波來定義的四個Sij參數(shù)。每個端口的電壓V和電流I分別由入射波V+、I+和反射波V-、I-組成，即V=V++V-和I=I++I-。從表達式(1)和圖1a可知，S11是輸入端口電壓反射系數(shù)，S12是反向電壓增益，S21是正向電壓增益，S22是輸出端口電壓反射系數(shù)。全部S參數(shù)都是在同軸線的輸入和輸出阻抗匹配的條件下獲得的。

　　1a 二端口網(wǎng)絡(luò)

　　1b 四端口網(wǎng)絡(luò)