99 · 第七阶段自检清单与常见误区§

拿仪器前最后过一遍。

图：实验部分的所有读数都在围绕同一件事展开：把端口入射、反射和传输波转成 $S$ 参数，再在 VNA 上选择合适格式读出幅度、相位、带宽或阻抗轨迹。

一、定义类自检§

• [ ] $S_{ij}$ 的物理含义是「端口 $j$ 入射、端口 $i$ 反射或传输的归一化波幅之比」（其它端口接匹配负载）
• [ ] $S_{11}$ 与第二章的 $\Gamma_{\mathrm{in,1}}$ 等价（当 $a_2=0$）
• [ ] 互易网络满足 $S_{12}=S_{21}$；非互易器件不能这样简化
• [ ] 无损二端口满足酉性约束 $|S_{11}|^2 + |S_{21}|^2 = 1$
• [ ] dB 数：电压 / 场比 $\to /20$，功率比 $\to /10$
• [ ] -3 dB = 半功率，-20 dB = 1% 功率，-40 dB = $10^{-4}$ 功率

二、屏幕格式速查§

三、Q 值测量必检§

• [ ] $f_0$ 是 $|S_{21}|$ 的最大值频率（不是最小！）
• [ ] $f_1$、$f_2$ 是相对峰值降 3 dB 的两个频点（用 △ 光标参考峰值）
• [ ] $Q_L = f_0/(f_2 - f_1)$
• [ ] $Q_L \ne Q_0$；$1/Q_L = 1/Q_0 + 1/Q_e$
• [ ] 扫频范围最好是 $5\sim 10$ 倍带宽，太宽点数稀；太窄看不到完整峰

四、定向耦合器必检§

• [ ] 耦合度 $C = -20\log_{10}|S_{21}|$（dB），习惯写正值
• [ ] 方向性 $D = -20\log_{10}(|S_{41}|/|S_{21}|)$
• [ ] 隔离度 $I = C + D = -20\log_{10}|S_{41}|$
• [ ] 中心频率附近要把 1/2/3/4 全部端口的反射 $|S_{ii}|$ 也测一遍

五、功率分配器必检§

• [ ] 理论插损 3 dB 是「分功率」造成，不是真损耗
• [ ] 「附加插损」= 实测插损 - 3 dB
• [ ] 幅度偏差 = $|S_{21}\,[\mathrm{dB}]| - |S_{31}\,[\mathrm{dB}]|$
• [ ] 隔离度测量时端口 1 接匹配负载，从端口 2 注入测端口 3 的输出
• [ ] 隔离电阻 $R = 2 Z_0 = 100\,\Omega$，支臂阻抗 $\sqrt{2}Z_0 \approx 70.7\,\Omega$

六、常见误区§

七、考前口述题参考答案§

1. VNA 到底在测什么？ VNA 从某个端口注入扫频信号，同时测反射回来的波和传到其他端口的波。它给出的 $S_{ij}$ 是归一化波幅比：后面的 $j$ 是入射端口，前面的 $i$ 是观察端口。$S_{11}$ 对应反射，$S_{21}$ 对应从 1 到 2 的传输。

2. 看到 $S_{11}=-20\,\mathrm{dB}$ 应该怎么解释？ 先换成幅度 $|\Gamma|=10^{-20/20}=0.1$，反射功率约 $|\Gamma|^2=1\%$。这说明端口匹配较好，但不是“完全没有反射”。若要写驻波比，继续算 $\rho=(1+0.1)/(1-0.1)\approx1.22$。

3. 开路、短路、匹配在史密斯圆图上如何区分？ 匹配在圆心附近；开路在最右侧高阻点；短路在最左侧低阻点。开路和短路的 $|S_{11}|$ 都接近 0 dB，所以不能只看幅度，要看圆图位置和相位。

4. Q 值测量为什么用 -3 dB 点？ -3 dB 是功率降为峰值一半的点。谐振峰按洛伦兹曲线近似时，两侧半功率点间距就是 $\Delta f_{3\mathrm{dB}}$，有载品质因数为 $Q_L=f_0/\Delta f_{3\mathrm{dB}}$。注意 -3 dB 是相对峰值，不是绝对 -3 dB。

5. 耦合器的耦合度、方向性、隔离度怎么区分？ 耦合度看输入功率有多少被送到耦合端；隔离度看输入功率有多少泄到隔离端；方向性看耦合端和隔离端之间差多少。dB 口径下三者满足 $I=C+D$。

6. Wilkinson 功分器为什么理想插损是 3 dB？ 二等分功率后每路只有一半功率，$10\log_{10}2\approx3\,\mathrm{dB}$，这是分功率带来的必然结果，不是真正损耗。超过 3 dB 的部分才叫附加插损。

这页怎么用§

实验或 Lec27–28 题做完后，用本页逐项反查。重点不是背 dB 表，而是 读数→换算→结论→误差 链是否完整。

每份报告至少过四关：

1. 测 $S_{11}$ 还是 $S_{21}$？反射/匹配 vs 传输/带宽。
2. dB 是幅度还是功率比？÷20 还是 ÷10。
3. 3 dB 相对峰值还是绝对电平？Q 值与半功率点。
4. 多端口接法与匹配负载？耦合器、功分器端口号。

草稿纸上怎么串实验报告§

每类测量在草稿顶部固定模板：

读数(频率+Sxx+dB) → 换算(Γ,ρ,功率比,Q,C,D) → 结论 → 合理性 → 误差来源

八、零基础卡点急救§

实验题卡住时，不要先翻公式表，先按这个顺序定位问题：

九、报告数据链模板§

每个实验结果建议按同一模板写：

1. 读数：给出频率、测量量和屏幕格式，例如“在 $935\,\mathrm{MHz}$，测得 $S_{21}=-3.4\,\mathrm{dB}$”。
2. 换算：把 dB 换成功率比、驻波比、带宽或 Q。
3. 结论：说明匹配好坏、插损大小、耦合是否达标、Q 值高低。
4. 合理性检查：和理论值或典型范围比较，例如“比理想 3 dB 多 0.4 dB”。
5. 误差来源：说明校准、连接器、扫频点数、负载非理想或温漂可能造成的偏差。

这个模板能避免报告只堆截图，也能让每个数据点都有物理解释。

十、实验二实测标准链§

完整示例见 实验二报告范例。

十一、实验数据质量判断表§

报告里最容易丢分的不是公式，而是“数据看起来像真的，但没有说明可信度”。每张截图或每个表格至少做一次质量判断：

一个结果能否写进报告，按“四问”筛选：

1. 端口前提对不对：入射端、观察端、未测端口负载是否说清。
2. 格式前提对不对：对数幅度、相位、驻波比、Smith 圆图是否和结论匹配。
3. 换算口径对不对：S 参数 dB 用 $20\log$，功率比用 $10\log$。
4. 工程判断有没有：不能只写“测得 -18 dB”，还要写“约 1.6% 功率反射，匹配较好”。

十二、报告写作清单§

• [ ] 实验目的、内容、装置图
• [ ] 步骤简述 + 关键设置（频率范围、源功率、扫频点数、平均因子）
• [ ] 截图（至少：S 参数对数幅度图 + 史密斯圆图 + 谐振峰）
• [ ] 数据表（频率、读数、单位齐全）
• [ ] 计算过程（公式 → 代入 → 结果 → 单位）
• [ ] 误差分析（仪器精度、连接器损耗、读数分辨率）
• [ ] 思考题（每题独立小节，不是合并段）

十三、跨链§

• 实验一 思考题与报告
• 实验二 思考题与报告
• 实验二 报告范例