微波网络分析技术的发展和应用张伟

微波网络分析技术的发展和应用张伟

张伟

中国电子科技集团第三十八研究所安徽合肥230088

摘要：本文主要阐述了微波网络分析技术的概念，微波网络分析技术的基本测量思想以及它的几个主要发展历程。同时针对这个技术，作者结合平时工作中运用到的矢量网络分析仪，简单分析了其测量的原理以工作方法和工作范围，大体的介绍了目前微波网络分析技术的广泛应用前景和未来的发展走势。

关键词：微波网络分析；测量；矢量网络分析仪；应用前景

一、引言

在信息技术高速发达的今天，作为信息技术的源头和重要组成部分——测试技术，已经成为加速国防科学技术发展和新型武器装备研制的主要因素之一。在众多的测试技术中，随着军用电子系统和电子装备朝着系统化、综合化方向发展，微波网络分析技术的地位与重要性日益突出，也对其发展提出了新的要求。

二、微波网络分析技术概要

关于微波网络分析的概念，李世鹤博士的解释是：网络分析技术，并不是用电路或电磁场理论来分析、计算一个网络的性质，而是指如何用实验的方法，来准确的测量一个网络的外部特性。对微波网络分析，就是测量在从约10MHz直至毫米波频段（110GHz）的特性，更确切的说，网络分析是在所需频段内通过频域或时域测量确定待测网络的阻抗特性和传输特性。在较低的高频频段上，被测网络的阻抗特性常用h参量、Y参量、Z参量标征，而在高频段的较高频率上和微波频段内，则主要用反射系数（单端口）或散射参数（双端口）来表征。微波网络分析的任务就是通过实验的手段测量被测网络的反射系数和散射参数，以确定待测网络的微波特性。

微波网络分析的测量思想是怎样的呢？由于现在的微波新器件、计算机技术以及数值计算方法等的发展使人们既重视硬件的作用，也重视软件的作用，通过二者的优势互补来进一步提高测量精确度。这样可以充分应用微波器件发展的新成果并发挥计算机的优良特性，使数值计算技术领域的许多方法在微波网络分析领域的应用成为可能，为进一步提高测量精确度与速度提供了有力的手段。

这种新的测量思想可用下面图1来表示，其中，X矢量代表测量系统的输入，为待测量；Y矢量为测量系统的输出，为检测量。

三、微波网络分析技术的发展

随着测量技术的快速发展，以反射系数的测量技术和方法为主线，微波网络分析技术经历了很多个阶段。

1）主要着眼于测试系统硬件的改善，追求理想的状态，这是可望而不可及的境界。

2）利用变频方式将微波信号转移到低频上进行幅度和相位测量，这类电路和技术价格高、稳定性差

3）利用标量（幅度）信息实现了对矢量（复数量）的测量，这是微波网络分析技术测量思想上的一大变革。

4）提出多状态反射计技术，减少了功率检测器的数目，成本低。

5）电子校准技术的广泛应用，使得数值方法可以在微波网络分析技术中得到应用。

四、微波网络分析技术的应用

目前微波网络分析技术的最终体现就是在微波网络分析仪器上，应用最广泛、商品化最成功的是标量网络分析仪、矢量网络分析仪、时域网络分析仪以及基于电子校准技术的矢量网络分析仪。

下面就针对矢量网络分析仪进行应用分析：

微波矢量网络分析仪具有非常高的测量精度的关键是通过建立系统误差模型，使用一组精密校准件及相应的误差修正算法修正系统的各项误差。其测量分析过程如图2所示。

矢量网络分析仪测量反射的基础是其发射误差模型，又称之为单端口误差模型，如下面图3，由此模型可得到反射取样方程：

其中，S11M、S11A分别是测量值和实际值。此方程含有三个未知数，因此，传统的校准方法是依次连接三个已知校准件，对S11M进行三次测量，从而计算出三个误差项EDF（方向性误差系数）、ERF（频率响应误差系数）、ESF（源失配误差系数）。三个已知的标准件往往采用开路、短路、匹配负载，即Open、Short、Load，这就是众所周知的OSL标准法。使用匹配负载的目的在于直接确定EDF，因此需要高回波损耗的匹配负载。而开路、短路条件的限制，使得不能增加附加状态来进一步提高测量精确度。

目前，微波网络分析技术已经广泛应用于国防、电子、通信、材料、生物医学、微波防病与诊断等各方面。

直接应用在：传统的微波网络分析技术可测量网络参数（复反射系数、散射参数）；六端口技术与多状态技术除了可测量网格参数外，还可以直接测量净功率，衰减、相移、进行功率值传递等等。

间接应用在：利用此项技术来测量介质材料以及其他材料复介电常数随频率的变化曲线，特别是军事装备以及航天有关技术中新材料、新器件的研制对微波网络分析技术的应用提出了更新的要求，因此，微波网络分析技术在材料电磁参数的测量有更加重要的意义。

参考文献

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