微波网络的表征需要区分正向和反向行波。不幸的是，没有一个定向装置是完美的，这可能导致巨大的测量误差。在本笔记中，我们表明，由于用于测量反射功率的定向装置的有限性能，回波损耗和驻波比的测量非常复杂。推导了测量误差作为指向性、回波损耗和反射相位的函数的显式表达式。测量回波损耗的唯一准确和方便的方法是使用一个匹配良好的高指向性定向耦合器或电桥。
驻波比和回波损耗
任何微波或射频网络的关键性能指标是负载阻抗与源阻抗的匹配程度。这种匹配决定了有多少功率可以传递，有多少将被反射回发射机，通过测量回波损耗，或反射功率与发射功率的比率。传统上，元件的这种质量是用电压驻波比(VSWR)来描述的，或者是元件之前线路上驻波的最大电压与最小电压之比，因为在网络分析仪普及之前，这个量比回波损耗更容易测量。这两个参数回答了同样的问题:从被测设备(DUT)输出了多少功率，反射了多少功率?
为了测量被测装置反射的功率，需要一个能够区分正反行波的定向装置。其中一种定向装置是定向耦合器(图1)。定向耦合器是一种四端口设备，它对贯穿线上的信号进行采样，但以一种区分正向和反向行波的方式。为了测量被测装置反射的功率，需要一个能够区分正反行波的定向装置。其中一种定向装置是定向耦合器(图1)。定向耦合器是一种四端口设备，它对贯穿线上的信号进行采样，但以一种区分正向和反向行波的方式。
图1:定向耦合器的原理图。
在这种设备中，输入信号在输出端口和耦合端口之间部分分离，并且在隔离端口2不出现信号。端口1和端口4之间存在的隔离是由隔离端口的奇模和偶模内反射的相消干涉引起的;这些模式的建设性干涉也产生了耦合信号。耦合器是互反电路，这意味着在反向传播的波将在端口4(正向隔离端口)采样，并在端口2(正向耦合端口)隔离。在实践中，耦合器设计者的目标是在输入和隔离端口之间获得尽可能多的隔离。
定义耦合器区分正向波和反向波的能力的数值称为指向性。指向性被积极地定义为
式中，D为指向性，S31，为耦合比，S21，为插入损耗，S32，为隔离度，其中所有项都以dB为负定义。请注意，大多数数据表使用该定义
不包括插入损失。由于该定义不包括插入损耗，因此它不如回波功率测量的优点值有意义。然而，(2)在讨论正向功率测量时是有效的，并且被业界普遍使用。下面的例子说明了指向性的重要性。假设我们想要测量由未知阻抗终止的传输线上的功率(图2)。使用耦合器，我们可以耦合掉一些功率(例如1%)并使用检测器进行测量。如果被测件阻抗与传输线完全匹配，则不会产生反射(因此无论耦合器是否具有指向性，我们都将测量正确的功率)。现在假设DUT是非理想的，并产生如图2所示的反射。由于非理想的指向性，一些反射波将“泄漏”到耦合端口。这种“泄漏”将干扰期望的前向耦合信号并导致误差在正向功率测量中。这是“原位”功率测量的一个基本限制。
图2:测量未知阻抗的直通线功率示意图。有限指向性导致反射波污染耦合信号。
正如我们在本文中所展示的，选择高质量、高指向性的耦合器对于测量传输线上的射频功率至关重要。我们推导了预测正向和反向功率测量误差的表达式，并给出了限制测量误差的经验法则。作为一般趋势，我们表明正向功率测量比反向功率测量对耦合器指向性的敏感性低。
图3:测量(a)正向功率，(b)反向功率和(c)驻波比/回波损耗的方向检测器的工作。大的蓝色箭头表示输入功率，黑色箭头是我们希望测量的功率，红色箭头表示由于有限指向性的干扰项。
利用指向性和矢量电压相加的定义，我们可以证明正向功率测量的上下限功率误差由式给出
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