專利名稱：回波損耗橋方向性的頻率選擇的改善的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頻域儀器，更具體而言涉及回波損耗橋方向性的頻率選擇的改善。


圖1示出了一種理想的橋(沒有寄生效應(yīng))。系數(shù)K是根據(jù)在耦合端口P3的針對(duì)發(fā)生在傳輸端口P1和測(cè)試端口P2之間的傳輸路徑的損耗所希望的在耦合端口P3的耦合量所選擇的折衷值。能量沿端口P1到端口P2正向傳輸，以及能量沿端口P2到端口P1反向傳輸，利用耦合電阻R0/K將一部分能量耦合到端口P3，測(cè)量?jī)x器的接收機(jī)連接到P3，而測(cè)量?jī)x器的發(fā)射機(jī)連接到端口P1，處于測(cè)試狀態(tài)下的系統(tǒng)被連接到P2。一個(gè)代表性的值K＝0.2提供大約-17分貝的耦合(S22)和-2分貝的損耗(S21)，如圖2所示。利用理想平衡-非平衡轉(zhuǎn)變器以及在電路中沒有寄生效應(yīng)的情況下，方向性為無窮大，即沒有正向的能量波耦合到端口P3。但是鐵氧體包覆的同軸平衡-非平衡轉(zhuǎn)變器不能提供完美的平衡輸出，從而引起所述的方向性不是無窮大。這種有限的方向性被定義為固有方向性。假設(shè)在電路的其它部分沒有另外的寄生效應(yīng)，那么該固有方向性主要取決于鐵氧體包覆的同軸電纜線形成的平衡-非平衡轉(zhuǎn)變器的不平衡。如果通過緊湊放置以及采用短的傳輸線，尤其是端口P2與耦合電阻R0/K之間長(zhǎng)度和過渡，來保持寄生效應(yīng)最小，可以在直到非常高頻率的情況下，例如3GHz獲得＞30分貝的固有方向性。圖3是一個(gè)回波損耗橋的示意圖，該回波損耗橋具有最低電路寄生效應(yīng)以及由具有分路電阻和電感寄生性的理想變壓器模型化的平衡-非平衡轉(zhuǎn)變器，以模擬鐵氧體包覆同軸電纜的不平衡性。
圖2是對(duì)圖3電路的模擬結(jié)果。所述方向性是端口P2到P3(S32)損耗與端口P1到P3(S31)損耗之間的差。如圖所示，在跨越直到3GHz的頻率范圍存在一個(gè)30分貝的一致方向性。這是采用鐵氧體包覆同軸電纜并且而電路中沒有其它寄生效應(yīng)的橋的固有方向性。
但是，為了將該橋配合地安裝到具體外殼中，會(huì)出現(xiàn)以下情況，對(duì)該橋的構(gòu)建引入了顯著的寄生效應(yīng)。例如，把所述橋安裝在二側(cè)都被腐蝕的電路板上，該電路板中有通孔以及相對(duì)于安置在端口P2與電阻器R0/K之間的電纜N成直角SNA，所有這些不連續(xù)共同導(dǎo)致使所述橋的測(cè)量的方向性或者表觀方向性退化。這種情況的發(fā)生是由于所述線路特性阻抗的不連續(xù)性引起沿端口P1與P2之間正向能量波在其可能耗散在端口P2的完美終端處之前被反射。這些反射波耦合到端口P3并且與不平衡導(dǎo)致的表觀方向性在端口P3的能量相加(見圖11)。將表示寄生效應(yīng)導(dǎo)致的不需要的反射能量矢量和由于平衡-不平衡變換器的不平衡性導(dǎo)致的固有方向性矢量相加成表觀方向性矢量。
為了改善存在明顯寄生效應(yīng)條件下的方向性，根據(jù)給橋規(guī)定的最高頻率可以調(diào)節(jié)所述的寄生效應(yīng)。但是在最高頻率處，如2.5GHz，即使可能，也很難在小于30分貝的數(shù)量級(jí)上調(diào)節(jié)回波損耗的二個(gè)直角轉(zhuǎn)變。即使可能，所述表觀方向性會(huì)不間斷地返回到固有方向性。因此，所述橋的方向性仍然受到固有方向性的限制。
人們希望有一種方法，尤其是在所考慮的頻率范圍內(nèi)，當(dāng)存在實(shí)施結(jié)構(gòu)引起的不完美時(shí)，能夠改善回波損耗橋的表現(xiàn)或者固有方向性。
通過閱讀以下詳細(xì)說明并結(jié)合附圖以及權(quán)利要求，可以理解本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)以及其它新穎的特征。
圖2示出了具有最小寄生效應(yīng)的回波損耗橋的固有方向性。
圖3是具有最小寄生效應(yīng)的回波損耗橋的示意圖。
圖4是具有顯著寄生效應(yīng)的回波損耗橋的示意圖，其中根據(jù)本發(fā)明改善了該橋的方向性。
圖5示出了沒有改善方向性的圖4的回波損耗橋的表觀方向性。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明圖4的回波損耗橋的改善的表觀方向性。
圖7示出了回望圖4實(shí)施方案的測(cè)試端口回波損耗。
圖8是一個(gè)回波損耗橋的示意圖，其中采用了根據(jù)本發(fā)明的改善方向性另一個(gè)實(shí)施方案。
圖9示出了圖8回波損失橋的改善的方向性。
圖10示出對(duì)回望圖8實(shí)施方案的測(cè)試端口的回波損耗沒有影響。
圖11是一個(gè)矢量圖，示出了寄生效應(yīng)對(duì)固有方向性的影響以及根據(jù)本發(fā)明所提供的修正。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的具有改善方向性的回波損耗橋。
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的圖12的實(shí)施方案提供的改善方向性的調(diào)節(jié)。
一種解決方案是引入沿耦合電阻R0/K與端口P2之間傳輸線的相反寄生效應(yīng)12，這種寄生效應(yīng)引入了反作用的反射能量矢量。由于顯著寄生效應(yīng)，該矢量與端口P2處的表觀方向性矢量的幅度相等而相位相反。通過所引入相反寄生效應(yīng)12的數(shù)量和類型(電容性或者電感性或者二者兼有)可以控制幅度和相位以使在所考慮的頻率產(chǎn)生的表觀方向性為零。例如，圖4中示出了將一個(gè)開路段14和一個(gè)傳輸線16組合在一起引入具有所希望的幅度和相位的反作用反射能量矢量以抵消由于不完美性造成的不希望的反射能量矢量。通過將圖6與圖5進(jìn)行比較可以了解本實(shí)施方案中所引入的相反寄生效應(yīng)12的效果。S31中存在一個(gè)零點(diǎn)并且在2-2.5GHz范圍的表觀方向性被提高到在大約23分貝(2.5GHz)。該結(jié)果是一個(gè)改善的表觀方向性，它在窄帶寬范圍(如在本實(shí)例中1.75GHz-2.25GHz)大于固有方向性。
本實(shí)施方案存在的缺點(diǎn)在于，如圖7所示，當(dāng)對(duì)端口P2進(jìn)行完美短路時(shí)，在S31中產(chǎn)生一個(gè)紋波(ripp1e)，這是回波損耗橋的另一個(gè)品質(zhì)表征量。如本實(shí)施方案所示，也降低了端口P3對(duì)反向傳輸波的平坦性并且使得測(cè)試端口P2的回波損耗S22退化(將圖2與圖6進(jìn)行比較)。因此，圖8示出了另外一個(gè)實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，沒有引起反射的明顯寄生效應(yīng)，只有固有方向性，因此不需要在端口P2與耦合電阻R0/K之間的傳輸路徑中引入相反的反作用反射能量矢量來改善方向性并因此使測(cè)試端口回波損耗S22和端口P3處的平坦性退化。作為替代，用定向耦合器20把來自耦合電阻R0/K與端口P2之間傳輸路徑的能量耦合到端口P3。傳輸線22連接二個(gè)耦合器20，其中傳輸線長(zhǎng)度確定耦合能量相位以及耦合系數(shù)確定其幅度。耦合器20終結(jié)于相應(yīng)的負(fù)載電阻RC。來自端口P2的耦合能量以與固有方向性矢量相等的幅度和不同的相位又耦合到端口P3。圖9示出在2GHz處產(chǎn)生的表觀方向性中有一個(gè)零點(diǎn)。將該表觀方向性升高超過固有方向性而沒有使端口P2的回波損耗S22退化。圖10示出了端口P3在完美短路的條件下的響應(yīng)，在響應(yīng)中沒有紋波。
所述耦合地實(shí)施方案是一種簡(jiǎn)化的形式。圖12示出了一種可調(diào)形式?？梢圆捎肞IN二極管24在端口P3處調(diào)節(jié)耦合能量的幅度和相位到零。在這種情況下，耦合器20提供的能量多于抵消固有方向性矢量的幅度所需的能量，即，耦合系數(shù)較大。如圖13所示，這使得可以在耦合器20的帶寬內(nèi)或者超出所述帶寬一定范圍內(nèi)電調(diào)節(jié)所述零點(diǎn)。利用PIN二極管24，可以在窄帶范圍內(nèi)獲得數(shù)量級(jí)在60-70分貝的表觀方向性而不會(huì)使端口P2的回波損耗S22退化。如果P2端口的回波損耗為良好(不存在上述的不連續(xù))，可以進(jìn)行非常精確的回波損耗幅度測(cè)量，該測(cè)量在窄帶范圍內(nèi)具有十分匹配的負(fù)載，這是因?yàn)闃虻姆较蛐运鶎?dǎo)致的測(cè)量誤差可以忽略不計(jì)，測(cè)量精度僅僅受限于端口P2的回波損耗以及端口P3處測(cè)量?jī)x器接收機(jī)的精度，如頻譜分析儀、功率計(jì)等。
因此，本發(fā)明提供了不完美回波損耗橋的頻率選擇的改善的表觀或者固有方向性，這是通過在測(cè)試端口與耦合端口之間的路徑中引入或者耦合等幅和反相能量以抵消由這種不完美性引起的反射能量。
權(quán)利要求
1.一種存在不完美性的并且其方向性得到改善的回波損耗橋，該回波損耗橋擁有一個(gè)帶有平衡-非平衡轉(zhuǎn)變器的傳輸端口，該平衡-非平衡轉(zhuǎn)變器耦合到測(cè)試端口以形成傳輸路徑；以及一個(gè)經(jīng)耦合電阻耦合到該測(cè)試端口的耦合端口，包括偶合于測(cè)試端口與耦合端口之間的裝置，用于在耦合端口對(duì)不完美性引起的反射能量反作用以產(chǎn)生改善的方向性。
2.如權(quán)利要求1所述的回波損耗橋，其中所述反作用裝置包括位于耦合電阻與測(cè)試端口之間傳輸路徑中的裝置，用于引入反作用的反射能量矢量，該矢量的幅度等于回波損耗橋的表觀方向性矢量的幅度；和位于耦合電阻與測(cè)試端口之間傳輸路徑中的裝置，用于把所述反作用的反射能量矢量的相位調(diào)整到與表觀方向性矢量的相位相反。
3.如權(quán)利要求2所述的回波損耗橋，其中所述的引入裝置包括耦合于耦合電阻與測(cè)試端口之間的開路電路段以生成其幅度等于所述表觀方向性矢量的幅度的反作用反射能量矢量。
4.如權(quán)利要求3所述的回波損耗橋，其中所述調(diào)節(jié)裝置包括偶合于耦合電阻與開路電路段之間的傳輸線以把反作用反射能量的相位調(diào)整到與所述表觀方向性矢量的相位相反。
5.如權(quán)利要求1所述的回波損耗橋，其中所述反作用裝置包括將反作用的反射能量矢量從測(cè)試端口耦合到耦合端口，所述反作用反射能量矢量的幅度等于回波損耗橋的表觀方向性矢量的幅度，其相位與回波損耗橋的表觀方向性矢量的相位相反。
6.如權(quán)利要求5所述的回波損耗橋，其中所述耦合裝置包括一對(duì)定向耦合器，一個(gè)定向耦合器耦合于測(cè)試端口與耦合電阻之間的傳輸路徑，另一個(gè)定向耦合器耦合到所述的耦合端口，該對(duì)定向耦合器的耦合系數(shù)使得在耦合端口處的反作用反射能量矢量的幅度等于所述表觀方向性矢量的幅度；和耦合于所述定向耦合器之間的傳輸線，所述傳輸線的長(zhǎng)度使得反作用反射能量矢量的相位與所述表觀方向性矢量的相位相反。
7.如權(quán)利要求1所述的回波損耗橋，其中所述反作用裝置包括用于將反作用的反射能量矢量從測(cè)試端口耦合到耦合端口的裝置，所述耦合裝置包括裝置，用于將反作用的反射能量矢量的幅度調(diào)整到等于回波損耗橋的表觀方向性矢量的幅度并將反作用的反射能量矢量的相位調(diào)整到與回波損耗橋的表觀方向性矢量的相位相反。
8.如權(quán)利要求7所述的回波損耗橋，其中所述調(diào)節(jié)裝置包括PIN二極管，用作可變電阻以控制在耦合端口的反作用反射能量矢量的幅度使其等于表觀方向性矢量的幅度；和耦合裝置的負(fù)載路徑中的PIN二極管相位調(diào)節(jié)器，以控制在耦合端口的反作用反射能量矢量的相位使其與表觀方向性矢量的相位相反。
9.如權(quán)利要求7所述的回波損耗橋，其中所述調(diào)節(jié)裝置包括在耦合裝置任一端的PIN二極管調(diào)節(jié)器，用于控制反作用反射能量矢量的幅度和相位，使其幅度等于表觀方向性矢量的幅度，而其相位與表觀方向性矢量的相位相反。
全文摘要
通過生成反作用的反射能量矢量以抵消所述回波損耗橋的不完美性造成的反射能量矢量從而實(shí)現(xiàn)頻率選擇改善的方向性，所述的不完美性諸如寄生效應(yīng)和不平衡的平衡－非平衡轉(zhuǎn)變器。所述的反作用反射能量矢量相對(duì)不需要的可能會(huì)在測(cè)試端口與耦合端口之間的傳輸路徑中引入的反射能量矢量而言，其幅度相等而相位相反。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以插入在測(cè)試端口與偶合到耦合端口的耦合電阻之間的傳輸路徑以生成反作用反射能量矢量，該矢量具有所需要的幅度以及用開路電路節(jié)與耦合電阻之間的傳輸線提供所希望的相位。作為替代，可以將反作用反射能量矢量從耦合電阻與測(cè)試端口之間的回波損耗路徑耦合到耦合端口，該反作用反射能量矢量的幅度由耦合系數(shù)確定，其相位由傳輸線長(zhǎng)度確定。為了提供可調(diào)節(jié)性，可以采用PIN二極管并與傳輸線一起控制耦合端口處的能量的幅度和相位，耦合系數(shù)大于抵消反射能量矢量幅度所需的值。
文檔編號(hào)G01R27/06GK1442929SQ03106809
公開日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2003年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月1日
發(fā)明者D·J·達(dá)勒布羅克斯 申請(qǐng)人:特克特朗尼克公司