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第六章天线测量与微波测量

6.1 微波测试暗箱

微波测试暗箱是一种小型化可移动式微波测量暗室，主要用于屏蔽外界电磁干扰或者屏蔽内部对外界

的电磁辐射，以形成一个小型的微波屏蔽测试场地，特别适用于大功率拷机和收发检测。

其主要组成结构为“屏蔽箱+吸波材料+信号输入+接收采集+大功率收集器+箱体调平升降机构”。屏蔽

箱由屏蔽壳体、屏蔽门、通风波导窗及各类电源滤波器等组成。根据用户要求，屏蔽壳体一般采用焊接式

结构。吸波材料由单层铁氧体片或者锥形含碳海绵吸波材料构成，锥形含碳海绵吸波材料是由聚氨脂泡沫

塑料在碳胶溶液中渗透而成，具有一定的阻燃特性。在箱体两端开有方孔或圆孔，方便发射和接收设备的

接入。

例如：箱体一端接多卜勒信号调制器（速度模拟器）天线，另一端接测速雷达，就可以检查、测试被

测测速雷达的性能。

主要参数：

1）工作频率：0～110 GHz可选；

2）驻波：VSWR≤2；

3）极化：线极化/圆极化可选；

4）承受功率：0.1～10KW可选；

5）屏蔽箱反射系数：≤-20dB；

6）大功率发射时泄露功率≤-50dBm；

7）功率耦合精度：±3dB；

8）升降控制：脚踏式单剪升降。

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6.2 天线测试系统

6.2.1 天线远场（幅度、相位）测量系统

天线远场幅度/相位测量系统由辅助发射天线与支架，天线测试转台（X、Y、方位）、信号接收机采

用矢量网络分析仪、数据采集处理及控制器、天线远场测量软件及计算机组成。测试系统的频率范围可覆

盖 30MHz - 110GHz，远场区测试距离可达 1-3000米。该系统可测量天线的远场幅度方向图、相位方向图

和相位中心的位置、正交极化方向图、增益、波束宽度、旁瓣电平等，并可自动生成测试报告。

实际使用案例，在 1000米距离上，测试波束宽带 0.17°、频率 94GHz的天线方向图和增益，测量动

态范围仍大于 40dB 。

【原理框图】

【相位方向图】

—— H面相位方向图 ——E面相位方向图

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【天线方向图】

6.2.2 天线远场自动化测试系统软件

恒达微波开发了标准天线测试软件，可方便搭载标准天线测试环境，软件可以方便配置各种转台、扫

描架、频谱仪、信号源以及矢量网络分析仪等各种仪器仪表，可以对仪表的频率等参数进行设置，测试角

度范围、扫描步进的设置，并能实现对转台的旋转控制，可通过频域法完成天线增益、天线辐射方向图、

天线相位方向图等天线自动测试，并具备报表输出功能。

扫频数据采集界面点频数据采集界面

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直角坐标显示极坐标显示

参数显示区域

报表输出图形

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6.2.3 毫米波紧缩场天线测量系统

根据天线测量和 RCS测量的远场条件：

22DR 。当目标尺寸 D很大、波长很短时，测试距

离 R必须很大。人们希望能在测量距离小、占地不大的条件下，找到进行远场天线和 RCS测量的场地。

紧缩场天线测量系统就是这样一种天线测量系统，可以在近距离内提供一个性能优良的准平面波测试

区。紧缩场的英文名称为 CATR(Compact Anternna Test Range)。它采用精密的反射面，将电源产生的球面

波在近距离内变换为平面波，从而满足远场测试要求，即在较小的微波暗室里模拟远场的平面波电磁环境，

利用常规的远场测试设备和方法，进行多项测量和研究，如天线方向图测量、增益比较、雷达散射截面测

量、微波成像等，同时可以进行微波电路、元器件的网络参数测量和高频场仿真。

微波暗室是一个能够屏蔽外界电磁干扰、抑制内部电磁多路径反射干扰、对来波能够几乎全部吸收的

电磁测量环境，是进行天线参数测试及电磁波辐射、散射特性测试的理想场所。它具有工作频带宽、信号

电平稳定、易于保密、可全天候工作、不受外界电磁环境干扰等一系列优点。在毫米波波段，由于对暗室

尺寸和吸波材料的高度要求不大，这个暗室的造价非常低。使得毫米波天线测量系统的构成成本大幅度下

降。

与外场和室内近场比较，紧缩场的优点是：

1) 收、发天线间的距离短，大大减小了实际占有的空间。

2) 紧缩场产生的平面波将聚集在平面波束内，暗室内四侧壁的照射电平低，从而降低了对暗室的要

求。在微波暗室设计合理，并采用背景对消的条件下，可使紧缩场的背景电平达到-60~-70dBsm。

3) 便于实现待测天线发射波瓣的测试（换接容易，不需电缆）。

4) 安装在微波暗室的紧缩场保密性好，而且可全天候高效地工作，便于测试管理。另外，室内紧缩

场受气候环境影响小，改善了测试条件，因而提高了 RCS的测量效率。

5) 紧缩场的工作频率可以从几百MHz到几百 GHz，能满足毫米波和亚毫米波测试要求。

由此可见，紧缩场是电磁散射研究特别重要的测试装备，也是高性能雷达天线测试、卫星整星测试、

毫米波天线及毫米从系统性能测试的重要基础设施。

HD毫米波紧缩场天线测量系统由毫米波暗室（组装式或用户自备）、紧缩场天线、馈源组合、馈源

转台、天线测试转台（二维、三维、四维）、毫米波信号源、毫米波测量接收机（频谱仪或矢量网络分析

仪）、数据采集分系统、数据处理机（计算机）及显示输出设备等组成，其原理框图如下图所示:

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紧缩场口径频率范围静区尺寸

1200mm 20-110GHz 500*500*600

1500mm 20-110GHz 600*600*700

3000mm 20-110GHz 1200*1200*1500

6.3 天线近场测量探头

【产品简介】在天线平面近场、柱面近场、球面近场和时域近场等各种近场测量系统中，离不开近场

取样测量探头。恒达微波设计了完全可以替代进口的 HD系列近场测量探头，交叉极化隔离大于 25dB。

规格有波导正交馈电型（WOEWP）、波导正交馈电 I 型(WOEWPI)、波导端接馈电型(WOEWPE)、同轴

对称振子型(COECP)、双极化近场测量探头（WOEWDP 型）和宽带近场测量探头（WBOEWP 型），以

适应各种国内外天线近场测量系统的配套。

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【型号描述】天线近场测量探头，波导管型号 BJ70，产品类型：波导正交馈电型，同轴接头为 N-K。

【产品类型】

产品类型波导正交馈电型波导正交馈电I型波导端接馈电型同轴对称振子型

产品型号 WOEWP WOEWPI WOEWPE COECP

结构形式

同轴对称振子型波导正交馈电型波导端接馈电型

型号：OECP

6.3.1 波导正交馈电型(WOEWP)

【标准产品数据表】

产品型号频率范围

(GHz)长度 L (mm) 接头类型驻波比材料涂覆

HD-6WOEWPN 0.49-0.75 813 N-K ≤2.2 铝氧化

HD-8WOEWPN 0.64-0.98 813 N-K ≤2.2 铝氧化

HD-9WOEWPN 0.75-1.15 813 N-K ≤2.2 铝氧化

HD-12WOEWPN 0.96-1.46 940 N-K ≤2.2 铝氧化

HD-14WOEWPN 1.13-1.73 813 N-K ≤2.2 铝氧化

HD-18WOEWPN 1.45-2.20 635 N-K ≤2.2 铝氧化

HD-22WOEWPN 1.72-2.61 533 N-K ≤2.2 铝氧化

HD-26WOEWPN 2.17-3.30 475 N-K ≤2.2 铝氧化

HD-32WOEWPN 2.60-3.95 356 N-K ≤2.2 铝氧化

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(GHz)长度 L (mm) 接头类型驻波比材料涂覆

HD-40WOEWPN 3.22-4.90 305 N-K ≤2.2 铝氧化

HD-48WOEWPN 3.94-5.99 229 N-K ≤2.2 铝氧化

HD-58WOEWPN 4.64-7.05 203 N-K ≤2.2 铝氧化

HD-70WOEWPN 5.38-8.17 203 N-K ≤2.2 铜镀银

HD-84WOEWPN 6.57-9.99 203 N-K ≤2.2 铜镀银

HD-100WOEWPN 8.20-12.40 152 N-K ≤2.2 铜镀银

HD-120WOEWPN 9.84-15.0 152 N-K ≤2.2 铜镀银

HD-140WOEWPS 11.9-18.0 152 SMA-K ≤2.2 铜镀银

HD-180WOEWPS 14.5-22.0 152 SMA-K ≤2.2 铜镀银

HD-220WOEWPK 17.6-26.7 152 2.92-K ≤2.2 铜镀银

HD-260WOEWPK 21.7-33.0 152 2.92-K ≤2.2 铜镀银

HD-320WOEWPK 26.5-40.0 152 2.92-K ≤2.2 铜镀银

HD-400WOEWPV 32.9-50.1 152 2.4-K ≤2.2 铜镀金

HD-500WOEWPV 39.2-59.6 152 2.4-K ≤2.2 铜镀金

HD-620WOEWP 49.8-75.8 152 FUGP ≤2.2 铜镀金

HD-740WOEWP 60.5-91.9 152 FUGP ≤2.2 铜镀金

HD-900WOEWP 73.8-112 152 FUGP ≤2.2 铜镀金

6.3.2 同轴对称振子型(COECP)

HD-COECP型天线近场测量探头，采用对称偶极子天线实现，常用同轴接头有 N-50K等。

同轴对称振子型波导正交馈电型波导端接馈电型

型号：OECP产品型号频率范围(GHz) 长度 L (mm) 接头类型驻波比材料涂覆

HD-0709COECPN 750-935 457.7 N-50K ≤2.2 铝氧化

HD-0911COECPN 935-1120 352.7 N-50K ≤2.2 铝氧化

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6.3.3 双极化近场测量探头（WOEWDP 型）

双极化天线近场测量探头，采用圆形或方形开口波导+宽带正交模耦合器的形式，在低频段，双极化

天线近场测量探头，采用 VVD探头有更低的 RCS剖面和更宽的频带宽度。



(GHz)驻波比

极化隔离度

（dB）

长度

L（mm）接头材料涂覆

HD-9WOEWDPIN 0.75-1.15 ≤2.5 ≥25 457.2 N-K 铝氧化



HD-32WOEWDPIN 2.60-3.95 ≤2.5 ≥25 381 N-K 铝氧化

HD-48WOEWDPIN 3.94-5.99 ≤2.5 ≥25 381 N-K 铝氧化

6.3.4 宽带近场测量探头（WBOEWP型）



(GHz)驻波比

极化隔离度

（dB）

长度

L (mm)

接头

类型材料涂覆

HD-0550WBOEN 0.5-5 ≤3.5 ≥20 300 N-K 铝氧化

HD-200WBOEWPEN 2 - 4 ≤2.5 ≥20 813 N-K 铝氧化

HD-350WBOEWPEN 4 - 8 ≤2.5 ≥20 813 N-K 铝氧化

HD-650WBOEWPS 6.5-18 ≤2.5 ≥20 304.8 SMA-K 铜氧化

HD-180400WBOEWPEK 18-40 ≤2.5 ≥20 304.8 2.92-K 铜镀银

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6.4 测试服务

6.4.1 天线测试服务

恒达微波已建成3个微波暗室，测试频率覆盖0.5GHz-110GHz，并已通过西安电子工程研究所校准实

验室的计量检测，可提供专业的、高质量、高性价比、标准化的天线测试解决方案。

【天线测试场简介】

场地功能测试距离测试频率范围平面近场扫描有效

行程（X×Y×Z)

暗室1 天线平面近场、远场测试复合暗室 21米 0.5-110GHz 9×6×0.5米

暗室2 远场测试暗室 9米 2-110 GHz /

暗室3 远场测试暗室 5米 3-110GHz /

外场远场测试 30-1000米 0.1-110GHz /

【暗室 1简介】

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暗室参数：

暗室尺寸 21m*14*10m

暗室静区尺寸 3m×3m×3m

静区性能

1GHz～2GHz： ≤-40dB

2GHz～4GHz： ≤-45dB

4GHz～40GHz：≤-50dB

场均匀性横向≤±0.25dB @ 1GHz～40GHz

纵向≤±0.25dB @ 1GHz-40GHz

交叉极化隔离度 ≤﹣27dB @ 2GHz～40GHz

扫描架参数：

重复定位精度X轴：0.05mm；Y 轴：0.05mm；Z 轴：0.03mm；P 轴：

0.05°

平面度（RMS） ≤0.1mm @ 9m×6m

直线度 ≤0.03mm

X 轴、Y 轴、Z 轴任意面与坐标原面的垂直

度≤0.05°

系统动态范围＞60dB

增益测试误差优于±0.3dB

波束宽度最大测试误差 ≤波束宽度×1%（波束宽度＞2°）

波束指向最大测试误差 ≤波束宽度×1%（波束宽度＞2°）

增益测量精度 ≤±0.2dB

副瓣测量精度

≤±0.7dB（对-20dB 窄波束近边瓣电平）



6.4.2 微波测试服务

恒达微波实验室，仪器测试频率覆盖0.5GHz-110GHz，并具备全套测量校准件，可提供专业的、高质

量、高性价比的微波测试解决方案。

测试频率范围 0.01～110GHz

测试内容相位、驻波比、插损、耦合

度、隔离度等

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6.4.3 环境适应性检测服务

温度冲击试验箱振动试验台温交变湿热试验箱

试验项目试验区尺寸试验区最大承载可试验温湿度范围

高温、低温试验

W600mm×H850mm×D800mm 100Kg-70℃ ～ +150℃

湿热试验 25 ～ 98% RH

温度冲击试验 W650mm×H460mm×D670mm 50Kg -70℃ ～ +200℃

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6.5 标网、矢网测量系统

标网、矢网是大家日常使用的设备，仪器厂家提供的是同轴测量接口。在进行波导测量时，人们试图

采用高性能的波导同轴转换器来直接测量被测波导件的【S】参数。但是微波测量原理告诉我们，这样一

个转换器件带来的测试误差是不可小看的，详见“提高小驻波比扫频测量精度的方法”。矢量网络分析仪厂

家在仪器中设置了采用波导校准件进行精密校准的程序，其原理是 12项测量误差修正模型。由于这个修

正是建立在众多矢量数据计算基础上来实现测量系统的定向性的，也就是通过软件来弥补它仪器硬件的定

向性不足。因此它定标时记录下的各项矢量必须在测量过程中保持不变才能保证测量结果的准确性。这通

常是难以保证的，而且操作者很不容易发现自己的测量已经发生错误，造成调试数据的失信。

6.5.1 波导扫频测量系统（全波导带宽）

恒达微波公司推荐直接采用波导高定向性器件来实现标网、矢网的波导测量系统，因为外接的波导高

定向性器件的定向性是器件本身固有的，不需要修正就可以保证测量精度。因此，具有测试数据完整、准

确、可靠等特点。标网使用时没有缺点，矢网配用时缺点是发射和传输不能同时测量。与测量可靠性相比，

这大多是可以接受的。

【测试内容】衰减量、回波损耗（电压驻波比）

网络分析仪

测量端口

校准件

R A B

DUT

信号源

简易微波扫频测量系统框图

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【系统组成】

序号产品名称数量主要参数

1 高方向性耦合器 2 D>35dB

2 波导隔离器 2 带宽:1000MHz

3 波导检波器 2 灵敏度≥0.3mV/μW

4 波导同轴转换器 4 VSWR≤1.25

5 波导匹配负载 2 VSWR≤1.03

6 波导短路器 1 VSWR≥60

7 偏置短路器 1 1/4λ

8 升降平台支架 5

9 电缆 2

10 定位螺钉 50

【型号描述】波导扫频测量系统，波导型号 BJ100，接头类型：N型

产品类型：波导扫频测量系统适用波导标准型号：BJ100

恒达微波

HD - 100 WEEP N

接头类型:N型



(GHz)

波导类型接头形式材料涂覆

国标 IEC

HD-14WEEPN 1.13-1.73 BJ14 WR650 N-K 铝氧化








HD-70WEEPN 5.38-8.17 BJ70 WR137 N-K 铜镀银




HD-140WEEPS 11.9-18.0 BJ140 WR62 SMA-K 铜镀银

HD-180WEEPS 14.5-22.0 BJ180 WR51 SMA-K 铜镀银

HD-220WEEPK 17.6-26.7 BJ220 WR42 2.92-K 铜镀银



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(GHz)

波导类型接头形式材料涂覆

国标 IEC

HD-400WEEPV 32.9-50.1 BJ400 WR22 2.4-K 铜镀金

HD-500WEEP1.85 39.2-59.6 BJ500 WR19 1.85-K 铜镀金

HD-620WEEP1.85 49.8-75.8 BJ620 WR15 1.85-K 铜镀金

HD-740WEEP1.0 60.5-91.9 BJ740 WR12 1.0-K 铜镀金

HD-900WEEP1.0 73.8-112 BJ900 WR10 1.0-K 铜镀金

6.5.2 波导扫频反射计测量系统

在大波导阻抗测量中，开槽测量线和定向耦合器式的反射计，由于其体积大，使用架设非常不方便。

一种以波导魔Ｔ高隔离电桥为波导反射波取样器的反射计在大波导的阻抗测量中受到重视。与标量网络分

析仪或矢量网络分析仪一起可构成波导测量系统。

波导反射计也可以与扫频信号源，直读型驻波显示器一起可以直接在 CRT显示器上观察驻波－频率

响应曲线。该装置检出来自测试端口被测件的反射波功率，从而测量出被测件的反射－频率响应。使测量

快速而精确。

如下图所示，信号源输出的微波信号从魔 T的 H臂输入，并等幅同相分配到 S1和 S2臂，进入 S1臂

的微波信号被接于该端口的标准匹配负载完全吸收。进入 S2臂的微波信号的一部分被接于该端口的被测

件反射并回到 E臂，并由接于 E 臂的检波器所检波。也就是说只有被测件的反射信号被检波器检波。当

信号源为扫频信号时，检波器的输出用 CRT显示，它可以粗略地显示出，被测件的驻波随频率的响应曲

线。当需要定标时，可以在 S2 臂测量端口接标准失配负载进行定标。

【测试内容】衰减量、回波损耗（电压驻波比）

波导扫频反射计测量系统框图

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【系统组成】

序号产品名称数量主要参数

1 波导魔 T 1 ISO≥30dB

2 波导同轴转换器 2 VSWR≤1.25

3 波导匹配负载 2 VSWR≤1.03

4 波导固定衰减器 1

5 波导短路器 1 VSWR≥60

6 电缆 2 HD-18DLB50NJJ1000

7 升降平台支架 5

8 连接螺钉 50

【型号描述】适用于波导管型号 BJ100的波导扫频反射计

适用波导标准型号：BJ100

恒达微波

HD - 100 WSRM

产品类型：波导扫频反射计



(GHz)工作带宽

幅度频响

(dB)

波导类型接头

形式材料涂覆

国标 IEC

HD-9WSRM 0.76-1.15 20% ±0.5 BJ9 WR975 N-K 铝氧化






6.5.3 同轴测量系统

标量、矢量网络分析仪测量系统是微波科研、微波测量中最有效最常用的测量手段。由于标量或矢量

网络分析仪具有频带宽、动态范围大、测试功能强和测试精度高等特点，在微波教学和科研中是不可或缺

的重要设备。

【测试内容】传输参数：衰减量、相位；反射参数：回波损耗、反射相位、电压驻波比、时域反射计

参数等。

【频率范围】30-3200MHz

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RF A B

校准件

N型 0-4G

标量/矢量网络分析仪同轴测量系统

DUT电桥

T

τ

【HD-32CBSRMN型同轴测量系统组成】

序号产品名称产品型号数量主要参数

1 同轴电桥 HD-32CBRIG 1 方向性：40dB

2 同轴负载 HD-32CL1.05NJ 1 VSWR≤1.05

3 同轴开路器 HD-32CONJ 1

4 同轴短路器 HD-32CSNJ 1

5 电缆 HD-18DLB50NJJ1000 2

6.6 精密校准件

6.6.1 HD-VNACK 型网络分析仪精密同轴校准件

HD-VNACK系列高性能的精密同轴校准件，可与任何型号的矢量、标量网络分析仪配用，产品频率

范围覆盖 0-18GHz。

【每套精密同轴校准件包括元件清单】

序号产品名称主要参数数量

1 同轴小反射匹配负载 J 1

2 同轴小反射匹配负载 K 1

3 短路器 VSWR≥60；J 1

4 短路器 VSWR≥60；K 1

5 开路器 VSWR≥60；J 1

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6 开路器 VSWR≥60；K 1

7 精密传输线段（同轴空气线） L= ；JJ；KK；JK 3

8 转换接头 NSJJ;NSKK;NSJK;NSKJ 4

9 扳手 1

10 铝合金包装箱 1


产品型号频率范围(GHz) 接头类型

HD-30VNACK75N 0-3 N-75

HD-40VNACKN 0-4 N-50

HD-80VNACKN 0-8 N-50

HD-124VNACKN 0 -12.4 N-50

HD-180VNACKS 0 -18 SMA-50

6.6.2 精密波导校准件

HD-VNAWK系列高性能的精密波导校准件，包含测量波导件时 12-项误差修正所需要的所有精密波

导校准元件，可与任何型号的矢量、标量网络分析仪配用。

【每套精密波导校准件包含元件清单】


1 波导同轴转换 J、K各一只 2

2 波导小反射匹配负载 VSWR≤1.03 1

3 波导短路器(固定) VSWR≥60 2

4 1/4λ精密波导段 L=1/4 波长 1



7 铝合金包装箱 / 1

8 连接螺钉 / 1套

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【型号描述】适用波导管型号 BJ100的精密波导校准件。

HD - 100 VNAWK N

适用波导标准型号：BJ100

恒达微波接头类型：N型

产品类型：精密波导校准件

【产品类型】

类型代码含义类型代码含义

VNAWK 精密波导校准件 DRVNAWK 双脊波导校准件

6.6.2.1 精密波导校准件


产品型号频率范围(GHz) 接头形式法兰材料涂覆

HD-9VNAWKN 0.75-1.15 N-K FDP 铝氧化










HD-70VNAWKN 5.38-8.17 N-K FDP 铜镀银

HD-84VNAWKN 6.57-9.99 N-K FBP 铜镀银



HD-140VNAWKS 11.9-18.0 SMA-K FBP 铜镀银

HD-180VNAWKS 14.5-22.0 SMA-K FBP 铜镀银

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产品型号频率范围(GHz) 接头形式法兰材料涂覆

HD-220VNAWKK 17.6-26.7 2.92-K FBP 铜镀银



HD-400VNAWKV 32.9-50.1 2.4-K FUGP 铜镀金

HD-500VNAWK1.85 39.2-59.6 2.4-K FUGP 铜镀金



HD-900VNAWK1.0 73.8-112 1.0-K FUGP 铜镀金

6.6.2.2 双脊波导校准件



(GHz)

波导型号接头形式法兰材料涂覆

国标 EIA

HD-84DRVNAWKN 0.84-2 24JS840 WRD84D24 N-K FP 铝氧化

HD-150DRVNAWKN 1.5-3.6 24JS1500 WRD150D24 N-K FP 铝氧化

HD-200DRVNAWKN 2-4.8 24JS2000 WRD200D24 N-K FP 铝氧化



HD-475DRVNAWKN 4.75-11 24JS4750 WRD475D24 N-K FP 铜镀银

HD-500DRVNAWKS 5-18 36JS5000 WRD500D36 SMA-K FP 铜镀银

HD-580DRVNAWKS 5.8-16 28JS5800 WRD580D28 SMA-K FP 铜镀银


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(GHz)

波导型号接头形式法兰材料涂覆

国标 EIA


HD-700DRVNAWKS 7-18.5 26JS7000 WRD700D26 SMA-K FP 铜镀银

HD-1100DRVNAWKK 11-26.5 24JS11000 WRD1100C24 2.92-K FP 铜镀银

HD-1800DRVNAWKK 18-40 24JS18000 WRD1800C24 2.92-K FP 铜镀银

'87全国微波会议论文集

提高小驻波比扫频测量精度的方法

伍捍东

摘要：在许多场合，人们需要进行小驻波比的扫频测量。一般的扫频测量装置在测量 1.10～2范围的

电压驻波比时，有较高的测量精度，而对于 1.10以下的小驻波比的测量，则由于定向器件的有限方向性

以及其它误差源的影响，使测量精度明显下降。本文在分析了一般扫频反射测量装置测量精度的基础上，

列出了反射测量的主要误差源，分别讨论了不同误差源对小驻波比测量精度的贡献，并将不同误差源有可

能产生的误差极限，尽可能地用简明精确的图表显现出来，接着就如何减小测量误差，提高小驻波比测量

能力和精度的方法进行了讨论。主要介绍了提高反射校准精度的“开路／短路法”；提高小反射测量精度的

“误差平均法”，以及测量极小驻波的“放大反射法”。

Ⅰ一般扫频反射测量系统的误差源

一般的扫频反射测量装置可以被表示为如图１所示的测试系统。

对这样的扫频反射测量系统进行误差分析之后，可得到该系统的测试误差主要来源于：

1.定向器件的有限方向性。

2.测试端。

3.信号源失配。

4.测试端口加接驻波比不等于１的转换接头。

5.替代标准精度不高。

6.校准器件的精度不够高和校准方法不够完善。

7.频谱不纯的信号。

8.其它误差源。如涉及不同系统与方法的误差，音频替代系统大量程时检波器平方律误差（即检测非

线性误差），噪声误差、电平漂移误差以及直接测量系统的统调误差等。

358

Ⅱ 各误差源对小驻波比测量精度的贡献

1、定向器件方向性不足

定向器件的方向性不足是一极重要的误差源，它相当于开槽测量线的剩余驻波比。在反射系统中，采

用不同方向性的定向器件测量不同的回波损耗值时，有可能带来的误差极限由图２所示。

图 2 不同方向性、测试端口失配、转接接头失配对反射测量精度的贡献

359

从图 2可以看出，当采用一只具有 40dB方向性的定

向器件测量 30dB 回波损耗值时，有最大可能误差为

+3.302dB到-2.387dB。也就是 30dB的回波损耗值可能被

测出 27.623dB～33.302dB，或者 1.06 的驻波比有可能被

测出 1.087～1.04之间的任意值。应当注意，测量一个等

于定向器件方向性的回波损耗值，可能引起-6～+∞dB的

误差。这就是为什么要求定向器件的方向性一般要大于被

测回波损耗值 10～15dB的原因。

2、测试端口失配对测量误差的贡献

测量端口的失配主要对２以上驻波比的测量产生误

差，并在测量全反射时达到最大。在小驻波比的测量中可

不予考虑。测试端口的失配对测试误差的贡献也可由 2给出。

3、信号源失配对测量误差的贡献

在扫频反射测量装置中，定向取样器件输入端口与测试端口之间的插入衰减与信号源的失配一起对测

量误差作出贡献。设定向器件输入端口与测试端口之间的插入衰减为Ｔst（dB），则当Ｔst 值小于 10dB

时，信号源的失配对反射测量精度会产生较大影响。若将信号源的失配用回波损耗值 LRG来表示，则信

号源失配对未知回波损耗值测量的最大可能误差可由图 3给出。

4、在测试端口加接转换接头的影响

在测试端口加接转换接头，在小驻波比的扫频测量中一般是不允许的。在实际测量中，有时需要在测

试端口加接转换接头以改换不同的极性或不同的连接型式。但是在小驻波比的扫频测量中，转换接头的引

入会带来较大的测量不确定性。这一点，往往未被引起重视。

转换接头的引入，将从两个方面降低测量精度。一是转换接头反射降低定向器件的原有高方向性。参

见图 2和图 4，一只驻波比为 1.05的接头可使定向器件的方向性从 40dB降到 20dB。二是使测试端口的匹

配状态变坏。在图４的例子中，测试端口的失配驻波从 1.10上升到 1.17。

假设用图 4中的例子，在加和不加接头的两种情况下去测量一个 26dB的待测回波损耗，测量不确定

360

性从原来的 0.51dB扩大到 14.34dB。增加了 10.83dB，参见表一。可见，在小驻波比的扫频测量中，切忌

加接任何的转换接头。

表一：驻波比为 1.05的转换接头测量 1.10驻波的影响

被测反射最大可能误差

不加接头（方向性40dB）加接头后（等效方向性29dB）

回波损耗：26dB

ＶＳＷＲ：1.10

27.58～24.07dB

△＝3.5dB

（1.087～1.135）

30.65～15.31dB

△＝14.34dB

（1.061～1.410）

5、替代误差

替代用的标准衰减器，无论采用高频，中频还是音频替代都必须具有足够高的精度。因为替代标准的

精度△Ａ（dB）是直接加在回波损耗测量上的。从相对误差的观点来讲，替代精度△Ａ为定值时，对大回

波损耗即小驻比的测量影响相对地小。

6、校准器件的选用与校准误差

反射测量的校准常采用短路器、开路器、滑动短路器和标准失配负载等作校准器件。这些校准器件的

精度△ＬＡ（dB）与替代误差一样，是直接迭加在回波损耗测量值上。例如，常用的短路器具有＞50的

电压驻波比，以此作为 0dB 回波损耗标准时，其直接迭加的测量误差为 0.348dB。当采用驻波比为Ｓ＝

1.20±0.02的标准失配负载作为校准器件时，会有±0.83dB的校准误差。

对于小驻波比的扫频测量，采用何种校准器件为好，分析是较为复杂的，下面以表二形式分别给出采

用驻波比＞50的短路器的驻波比＝1.20±0.02的标准失配负载作为校准器件时，测量 1.06的驻波比有可能

产生的各项误差极限。

7、频谱不纯的信号对测试的影响

在扫频反射测量系统中，由于宽带检波器件的应用，信号频谱不纯会影响测试精度。常用的扫频信号

源，其寄生频率分量要比谐波频率分量小得多，本文所讨论的谐波误差，结果同样适用于寄生振荡。

表二：不同标准的校准误差

产生校准误差的原因短路器作标准

VSWR＞50

失配负载作标准

VSWR＝1.20±0.02

直接校准误差－0.35dB ±0.83dB

测试端口失配（S＝1.10） ±0.40dB 0

测试端口失配（S＝1.25）＋0.9／－1.0dB 0

定向器件方向性不足（D＞40dB） 0＋0.83dB

－0.91dB

替代误差（±2％） ± 0.6dB ±0.2dB

信号源失配

（TST＝6dB，LRG＝9.5dB）

＋0.8dB

－0.9dB＜0.1dB

信号源失配

（TST＝3dB，LRG＜9.5dB）

＋1.28dB

－1.50dB±0.14dB

361

由谐波引起的误差是难以限制的，这是因为谐波与信号是相关的。对于强频率特性的器件来说，谐波

的影响最为敏感。如测量带通和低通滤波器的回波损耗时就是这样。在滤波的通带内，信号的反射性能是

滤波器的特性指标。而与信号相关的谐波，其频谱则是在通带之外，故谐波是全反射的。图５表示了测量

一只低通滤波器回波。

损耗的例子，在这个例子中谐波低于信号 20dB，却可以引起直到 6dB的误差。在图６中则表示了二

次谐波引起的误差极限。

由图可以看出，谐波频谱的存在，对小驻波比测量精度的影响是很大的。为减少这一误差，必须控制

谐波分量小于被测信号 20dB以上，通常是在信号源的输出端串接一只性能良好的低通滤波器。

由以上分析可知，小驻波比的扫频波量精度受到多种误差源的影响，在架设系统时应参考图２至图６，

表一和表二所及内容。

进一步提高小驻波比扫频测量精度的能力，还可以采用下文介绍的三种方法。

Ⅲ 用“开路／短路法”提高校准精度

在采用短路器作为 0dB回波损耗标准时，由于信号源失配和测试端口失配，会引起较大的校准误差。

这一误差表现为 0dB校准值不是一直线，而是一波浪型曲线。采用开路、短路取平均值的方法，可以减少

其影响。

参见图 7，在用短路器校准曲线时获得如

图中实线所示的校准曲线，而用开路器校准时，

因开路反射信号与短路时相位相差 180°故校准

曲线如图中虚线所示。二者平均后，非常接近

于真正的全反射校准电平，故而提高了校准精

度。

由于开路波导具有参量辐射，因此，有波导系统，“开路／短路法”是用滑动短路面来实现的。校准

时，短路面位置应至少滑动最低频率的 1／4导内波长。在任一频率上，取其变化的平均值作为全反射校

准。

362

Ⅳ 用“误差平均法”提高小反射测量精度

“误差平均法”是利用改变被测反射信号与定向器件的方向性信号之间的相位变化速率，从检测信号中

分离开被测反射信号，从而提高小反射测量的精度。

方法是在定向器件测试端口与被测件之间插入一段长度适当的精密传输线（参见图８）则由于“长线

效应”，使被测反射信号与定向器件方向性信号之间的相位变化大大增加，因而使被测反射信号产生了明

显的波动，对此波动取平均值后，便可精确地得到被测反射的大小，提高了小反射测量的精度。

应当注意，“误差平均法”只适于测量大于定向器件方向性信号约 3dB以上的小反射。而当测量信号小

于方向性时，情况正相反，取波动平均的结果，不是测量信号而是方向性信号。

V“放大反射法”测量小至1.005的极小反射

“放大反射法”测量系统的布置与“放大反射法”相类似（参见图 9），所不同的是在定向器件的测试端

口，或在四口电桥的参考端口引入了一个参考反射Γr。Γr的量值通常是 0.1或 0.2左右的反射，且要求Γr

应基本是不随频率的变化而变化。而对于Γr的具体数值并不要求事先知道。

被测未知反射经过“长线”之后与Γr 矢量迭加。由于二者之间相位变化很快，迭加后产生上下波动

的图形，波动的幅度大小即代表了被测未知反射的大小。

由于扫频信号源的输出信号是扫频的，且设为锯齿波产生的线性调频信号，故在定向器件的检波输出

端，除存在第一路调频信号 fr（图９中实线所示）外，还存在第二路调频信号 fx（虚线所示）。fx 比 fr

363

fsvTtd

ffb 1:2

2:

即

多走了 2L，因而它比 fr 滞后了一个时间 td，td＝2L-Ｖ。由于这个时间延迟，使得到达检波器的两路信号

在频率上总是相差一个频率 fd（指在扫描过程中）。双设信号源的扫描周期为Ｔ＝１─fs，在每个扫描周

期内，调频所产生的扫频宽度（双向频偏）为 2△f，于是如图９所示，显然具有下列比例关系，

而每次扫描所包含的波动周期数，即示波器屏幕上所看到的差频曲线的周期数为：

这里 fs─信号源的扫描频率：Ｖ─调制信息的传播速度，即群速，

Ｃ─光速；fo─扫频信号的中心频率； fc─波导的截止频率。

n越大，要求Ｌ也就越长，n太小，又使相对的分辨力下降。通常 n选在 20以上。

以频率为 fb 的波动图形的幅度，反映了Γx与Γr 的相对大小。如果测出波动幅度△dB为 0.44dB，Γr

为 0.1，则由矢量分离表（附录篇）可查出，Γx／Γr（dB）为 32dB。

于是：ＬRX＝ＬRr＋Γx／Γr（dB）＝20＋32＝52dB

即被测反射Γx为 0.003，被测驻波比为 1.005。

参考反射Γr的产生，可以是在长波导或同轴线的始端设置一个截面尺寸突变的台阶，然后渐渐恢复到

原来尺寸，使产生一定的反射│Γr│。或在均和长波导的始端放入一个钢珠，用外部磁铁把它附吸波导宽

壁中央附近，以产生│Γr│的反射，其│Γr│值可由钢珠的大小与位置来控制“用这一方法获得的│Γr│也具

有较好的频率响应”。

在同轴频段，还有一种四口比较电桥。该电桥比普通三口电桥多了一个参考端口。并在该端口安了一

个“偏置”终端──是一个“能产生所需要的，随频率变化相对恒定的”反射终端，反射损耗通常为 20dB。由

于电桥本身具有高性能，且在它的内部不存在其它不希望有的明显反射源，因此，电桥的有效方向性转化

为“偏置”特性，即变为 20dB。也就是Γr＝0.1。

Ⅵ 结束语

小驻波比的扫频测量与大驻波比的扫频测量一样，也是一个特殊的测量问题，在一般的扫频反射测量

中，要求被测量回波损耗ＬR小于定向器件方向性Ｄ10～15dB。对于 40dB方向性器件来说，其ＬR测量范

围在 10～30dB。而误差平均法反射测量，只要求被捕测回波损耗ＬR小于方向性Ｄ3dB以上，其ＬR测量

范围在 25～40dB。放大反射法则是一反要求ＬR＜Ｄ的常规，要求方向性Ｄ小于ＬR10～30dB。放大反射

法的测量范围在 30～52dB。参见表三。

LV

ffsfb 4:从而得

LVf

fsfbn

4

fnVL

4

或

2)0/(1 ffcCVgV 在波导中 RCV /在同轴线内

364

表三：不同方法的测量范围

对方向性的要求

（dB）

测量范围

回波损耗电压驻波比

普通扫频测量方法 D＞LR10～15dB 10～30dB 2.0～1.05

误差平均方法 D＞LR30dB以上 25～40dB 1.10～1.03

放大反射方法 D＜LR10～30dB 30～52dB 1.05～1.005

Ⅶ 参考资料

1、WILTRON CATALOG 1978

2、伍捍东，“常用微波扫频测量试系统与方法”1983年 10月

3、PELER LACY SILLIAM OLDFIELD，“APRECISION SWEPT REFLECTOMETER”，MICROWAVE

JOURNAL、APRIL、1973

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