第 4 题：二端口 VNA 测定向耦合器方向性和隔离度§
对应知识点：04-微波测量与课程综合
题目：设计一份用二端口 VNA 测量定向耦合器方向性和隔离度的接线方案，说明每次未测端口为什么必须接 \(50\,\Omega\) 匹配负载。
图：二端口 VNA 每次只测一个端口对；其余端口必须接 \(50\,\Omega\) 匹配负载，才能满足 \(S\) 参数定义。
一、端口约定§
按大纲常用约定：
- 端口 1：输入端；
- 端口 3：直通端；
- 端口 2：耦合端；
- 端口 4：隔离端。
指标为
\[ C=-20\log|S_{21}|,\qquad I=-20\log|S_{41}|,\qquad D=I-C. \]
二、测量耦合度 \(C\)§
接线：
- VNA 端口 1 接耦合器端口 1；
- VNA 端口 2 接耦合器端口 2；
- 耦合器端口 3、4 接 \(50\,\Omega\) 匹配负载；
- 测量 \(S_{21}\)，得到耦合端输出。
由 \(S_{21}\) 算耦合度 \(C\)。
三、测量隔离度 \(I\)§
接线：
- VNA 端口 1 仍接耦合器端口 1；
- VNA 端口 2 改接耦合器端口 4；
- 耦合器端口 2、3 接 \(50\,\Omega\) 匹配负载；
- 测量 \(S_{41}\)，得到隔离端泄漏。
由 \(S_{41}\) 算隔离度 \(I\)，再由
\[ D=I-C \]
得到方向性。
四、为什么未测端口必须匹配§
\(S\) 参数定义要求除激励端口外，未激励端口没有入射波。未测端口若悬空、短路或接错负载，会把到达该端口的波反射回耦合器，形成二次耦合和多次反射，测到的就不是单纯的 \(S_{21}\) 或 \(S_{41}\)。
五、结论与易错点§
用二端口 VNA 测四端口器件时，一次只能测一个端口对，其余端口必须接 \(50\,\Omega\) 匹配负载。方向性不是直接读一个曲线，而是由隔离度和耦合度相减得到。