[发明专利]一种散射参数测试系统及其实现方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种射频微波电路的散射参数测试系统。

背景技术

在射频微波电路中，传统的电压、电流概念已不再适用，而必须采用电磁波的反射及传输模式来分析。散射参数(scattering parameters，也称S参数)是建立在入射波、反射波关系基础上的参数，尤其适用于描述射频微波电路的特性。反射系数(reflection coefficient)、传输系数(transmission coefficient)是散射参数中的两种，前者用来表示电路的每一个对外端口的电磁波反射量与入射量的比值，后者用来表示电路的一个对外端口的电磁波出射量与另一个对外端口的电磁波入射量的比值。

通常采用矢量网络分析仪(VNA，vector network analyzer)来测量电路的散射参数。矢量网络分析仪是一种复杂的测试仪器，包括信号源、功率分配器、定向耦合器、驻波比桥、幅相接收机、检测器、处理器、显示器等多个模块。使用时，可根据需要选择其中的部分或全部模块。

请参阅图1，这是一种现有的反射系数测试系统，由一台矢量网络分析仪和一个待测件(DUT，device under test)所组成。其中用到了矢量网络分析仪中的信号源、功率分配器、定向耦合器、幅相接收机等模块。其中的定向耦合器如图2所示，具有输入端、输出端、隔离端、耦合端总共四个端口。定向耦合器的输出端连接待测件的待测端口。其测量原理为：功率分配器把信号源的输出信号E₀分成两路，功率分配器的分配系数分别为c₁和c₂。一路信号c₁E₀给幅相接收机作为参考信号R，另一路信号c₂E₀给定向耦合器的输入端。定向耦合器的输出端将输入端的信号传递至待测件的待测端口作为入射波a₁。从该待测端口反射回来的信号b₁回到定向耦合器的输出端，b₁＝S₁₁a₁，S₁₁为待测件的待测端口的反射系数。该反射波b₁又被定向耦合器的隔离端耦合感应到，再由耦合端给幅相接收机作为测试信号T，T＝c₃b₁，c₃是定向耦合器的耦合系数。由于而系数c₁、c₂、c₃均为常数，因而只要测出T/R的复数比值(这可由幅相接收机测量得到)，即可得到待测件的待测端口的反射系数S₁₁。

请参阅图3，这是一种现有的传输系数测试系统，由一台矢量网络分析仪和一个待测件所组成。其中用到了矢量网络分析仪的两个端口，矢量网络分析仪的端口一连接待测件的端口一，待测件的端口二连接矢量网络分析仪的端口二。其测量原理为：功率分配器把信号源的输出信号E₀分成两路，功率分配器的分配系数分别为c₁和c₂。一路信号c₁E₀给幅相接收机作为参考信号R，另一路信号c₂E₀给待测件的端口一作为入射波a₁。从待测件的端口二出射的信号b₂传递给幅相接收机作为测试信号T，T＝b₂＝S₂₁a₁，S₂₁为待测件的端口一到端口二的传输系数。由于而系数c₁、c₂均为常数，因而只要测出T/R的复数比值(这可由幅相接收机测量得到)，即可得到待测件的端口一到端口二的传输系数S₂₁。

在使用矢量网络分析仪测量电路的散射参数时，通常还需要排除各项系统误差对测量结果的影响。因此其具体实现方法是：首先计算出各项系统误差值，这被称为系统校准(calibration)。然后根据矢量网络分析仪的测量值，以误差模型(error model)和各项系统误差值计算出实际值，这被称为误差修正(error correction)。由于散射参数是复数，而且是频率的函数，因此系统校准和误差修正必须在每个频率点上进行。以上内容在清华大学出版社2000年6月出版的《现代网络频谱测量技术》一书(吕洪国编著)的第1章中具有详尽记载。