非插入式器件如何测量？

　　由于微波工程上的需要，大多微波射频部件的端口都是阴头，而电缆连接器件的端口却是一阴一阳，这些微波射频部件不能直接连接在矢量网络分析仪上进行直通测试，被称为非插入式器件。实际测量中，存在大量的非插入器件，他们端口连接类型相反，阴阳极性相同，校准时不能直接进行直通测量。为了让非插入式器件连接上矢量网络分析仪，必须加双阴或双阳转接头，这样矢量网络分析仪的测试值并不是被测件实际值，而是被测件加上转接器的值。

　　一般测量中都忽略了转接器的影响，认为所测结果就是被测件实际值，无形中将转接器的损耗和时延加在被测件上，从而无法得到被测件的准确值。或者测试中用不同的校准方法，例如，特性未确定直通法、特性确定直通法、等适配器交换法、适配器移除等，减少转接器对被测件的影响，但这些方法无论优劣都无法直接去除转接器对非插人器件的影响。本文通过单端口测试未知特性的转接器（如双阳和双阴接头），根据算法和假设条件，使级联后理论计算值接近实际测量值，进而确定转接器的值，最终得到被测件的准确值，从而去除转接器在测试中对被测件的影响。

　　1 原理

　　信号流图（如图1所示）结合散射参数是分析微波网络和微波测量系统的简便有效方法。流图公式亦称梅森不接触环法则（Mason’s non-touching loop rule），简称梅森公式。根据梅森公式可以直接求出信号流图中任意两点之间的传输值。

　　图1 信号流

　　梅森公式：

　　由梅森公式可知 ：

　　2 验证过程

　　适配器有很多种，为了研究方便和具有普遍性，本试验用双阴和双阳做验证，其他类型的适配器原理和过程也是相同。

　　实验中要用到矢量网络分析仪1台（100 MHz～40 GHz）、电缆2根、2．4 mm的校准件1套（AV31123，校准件和电缆精度要高，误差要小），可编程步进衰减器1个。设置线性频率范围1～21 GHz，每100 MHz取一个点，扫描点数201，中频带宽100 Hz。在矢量网络分析仪两端口接电缆，对电缆进行全双端口SOLT校准后，电缆端口为校准端面，去处12项系统误差。准备工作完成后，使用不同的方法进行测试。方法1中，双阴和双阳值是接50Ω匹配负载计算得到；方法2中，双阴和双阳值是通过接可编程步进衰减器计算得出。下面为2种方法的详细过程。

　　2．1 方法1

　　端口1接双阳接头后，分别连接开路器、短路器、50 Ω匹配负载（如图2所示）测出反射系数分别为ΓAO、ΓAS、 ΓAL。端口2接双阴接头后，分别连接开路器、短路器、50Ω匹配负载（如图3所示），测出反射系数分别为ΓBO、ΓBS、Γ BL。然后端口1直接加开路器、短路器、50 Ω匹配负载，测出反射系数分别为Γ1O、Γ1S、Γ1L（如图4所示）。 端口2直接加开路器、短路器，测得反射系数分别为Γ2O、Γ2S、 Γ2L（如图5所示）。

　　图3 双阴接开路器、短路器、匹配负载

　　图4 端口5接开路器、短路器、匹配负载

　　图5 端口2接开 路器、短路器、匹配负载

　　由式（2）可以得到双阳、双阴的方程组 ［SA］、［SB］分别为：

　　式中：m11、m12、m21 、m22为待测双阳接头参数值，n11、n12、 n21、n22为双阴接头的S参数值。假设网络互易有，m12 = m21 n12 = n21，则方程组可解出双阳S参数矩阵SA和双阴S参数矩阵SB。分别为：

　　2．2 方法2

　　用2O dB衰减器作为负载替代方法1中50 Ω匹配负载，用矢量网络分析仪测出衰减器连接双阴、双阳的反射系数ΓAL、ΓBL，测得2O dB衰减器的反射系数分别为Γ 1L ，Γ2L。其他步骤类似于方法1。计算出S并和方法1中的对比。

　　3 验证

　　为了上述方法的可行性，用2种方法验证双阳双阴接头的计算值。

　　3．1 级联双阳双阴

　　首先计算出双阴双阳级联后的S参数 。级联二端口网络的S参数不能直接计算出，需将S参数转换为T参数，求出级联值［TAB］ - ［TA］［TB］，再将级 联后的［TAB］转换为［SAB］。将双阳双阴级联（如图6所示）。

　　图6 双阳双阴级联

　　上述方法得到的S参数为参考值，将这些值和由梅森公式计算得到的S参数对比。将所有的测试数据用MATLAB软件处理，仿真得到最终级联后的S参数曲线图和矢量网络分析仪中测试的S参数曲线对比。

由图7可以看到S12、 S21，的差别很小，但S11、S22之间有些差别。方法1中接50 Ω匹配负载和方法2中接20 dB衰减器的两条曲线基本一致。双阳双阴级联后不管接那种负载，其级联值都为定值。存在差别的原因是20 dB衰减器不