駐波與反射測量
正文
在微波範圍內,信號波長與電路尺寸可相比擬。信號傳輸是以波的方式沿傳輸線(包括波導)傳播。當均勻傳輸線終端負載阻抗Z不等於特性阻抗Z0時,入射波便在負載上產生反射。入射電壓與反射電壓之比稱為反射係數Γ,在無耗線上各點反射係數Γ的模值都相等,但相角不同。因此各點的輸入阻抗Z (即等效負載阻抗)也不相等。Γ與Z有如下關係
在微波電路中阻抗、反射和駐波是緊密聯繫的。駐波測量線和反射計是測量這些參量最常用的兩種測量儀器,此外,電橋法也日趨重要。
測量線法 開槽測量線是測量駐波和阻抗等參量的最古老而常用的儀器。沿同軸線外導體(或波導寬壁中央)開一縱向狹槽,插入一個可以沿槽移動的探針,檢測出沿線電壓(電場)最大值和最小值的相對大小,便可得出駐波比(圖1)。測量阻抗時,除測S 外還要由槽旁直尺讀出lmin(圖1所示為測負載ZL的情況)和相鄰兩最小點之間距離λg/2,據此即可算出或由阻抗圓圖查出ZL/Z0之值,以及複數Γ之值。
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調配反射計 為了減小反射計的誤差,50年代末開始出現調配反射計技術。在圖2的x、y、z三處各接入一個調配器,經過特定的調配手續,便可將反射計的方向性誤差和失配誤差基本抵消而大大提高其測量精確度。由於調配手續極為繁瑣費時並對頻率變化極為敏感,調配反射計主要是用作固定頻率的駐波和反射的計量標準裝置。
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複數反射計 用反射計測量複數Γ 的一種途徑,是將兩路耦合出的高頻信號進行比幅和比相。這可以用幅相平衡電橋或雙通道外差變頻式幅相接收機來完成(後者如網路反析儀)。另一途徑是除原有兩個檢波連線埠處,適當增加檢波連線埠(例如增加一個或兩個探針檢波器)便可取得相位信息。這種辦法類似於六連線埠反射計。
時域反射計 將陡峭階躍或窄脈衝作為信號, 通過採樣頭和傳輸線加到被測負載上,采出入射和反射波的波形並使其顯示在示波器上便構成時域反射計。從入射波形與反射波形前沿之間的時間間隔(延時),可得出反射點離開採樣點的距離。當被測器件中存在多個反射點時,在示波器上即可看到多個位置不同的回波脈衝。觀察入射波形與反射波形之間的距離差異,就可求得每個反射點的位置和性質。若將有關的時域波形數據通過傅立葉變換,還可以得出被測器件的頻域反射或傳輸特性,這就稱為時域網路分析儀。時域反射計的缺點是精確度不高。
電橋法 波導魔T 等微波電路具有電橋性質。由於很難得到可變的標準阻抗器,因而用這種電橋難以按照平衡電橋法進行阻抗比較。但它也像反射計一樣,當在電橋的標準臂上接以匹配負載Z0時,電橋的失衡信號將與未知臂阻抗的反射係數Γ成比例。此外,利用薄膜微電路技術製成尺寸極小的純電阻比臂電橋,使這種不平衡電橋法得到廣泛套用。這種電橋可從數十兆赫直到18吉赫的極寬頻帶內測量S和|Γ|,稱為駐波比橋或反射計橋。由於這種橋路體積小、頻頻寬和等效方向性高,在掃頻反射計中已出現用電橋取代雙定向耦合器的趨勢。電橋輸出信號中本來也包含Γ 的相位信息,因此,把電橋輸出信號與來自信號源的參考信號一齊加到幅相測量裝置,也可測量複數Γ 和Z。