网络分析仪培训资料

网络分析的目的
通过检查复杂RF系统各个组件特性 确保传输信号无失真 线性失真：幅度、恒定群延时 非线性失真：谐波、互调、压缩 确保良好匹配，功率最大传输 网络分析仪测试应用：
无源： 双工器、功分器、耦合器、合路器、滤 波器、隔离器、环行器、衰减器、天线、适配器、 电缆、波导、传输线等 有源：放大器、混频器、取样器等
V
插入损耗 (dB) = - 20 Log
Trans Inc
=
V V
增益 (dB) = 20 Log
Trans Inc
- 20 log
τ
=
V
20 log
τ
传输系数的相位部分称为插入相位
群时延Group 群时延Group Delay
Frequency
Phase
群时延是定量反映被测件相位失真的指标。是信号通过被测器件的传 输时间随频率变化的量度。群时延可以由对被测器件的相位响应随时 间的变化取微分进行计算。 ω
传输线三种状态
2.纯驻波状态 短路：负载阻抗ZL=0时，Γ=-1， RL=0， SWR →∞ 。 开路：负载阻抗ZL=∞， Γ=1， RL=0 ， SWR →∞ 3.行驻波状态：当ZL≠Z0时，Γ＜1,传输线上 为“部分 行波”状态，“部分反射”状态， 此时负 载失配，导致传输线上出现部分驻 波
传输系数
二、测试产品前仪器检查 传输特性检查：
将网络分析仪复位后，用用一根低损耗的电缆 将仪器二端口连接，网络分析仪设置为S21参数 （或S12参数）测量，频率为全频段，源电平输出 0dBm，测试其在全频段范围内传输损耗值，若其 损耗值≤±1dB，则仪器传输特性正常 （注不可直 通校准,无C或Cor标识）
射频和微波信号的特性和光有相似性
入射光 透射光 反射光 光波 DUT 入射功率 反射功率 射频和微波信号 传输功率
完整的器件指标描述
输入
R
反射
传输
B
A
完整的器件指标描述应包含：传输特性、反射特性 传输特性、 传输特性
反射特性
Reflected Incident = A R
传输特性
Transmitted Incident = B R
史密斯圆图
Smith Chart 圆图 圆图反映阻抗Z与反射特性的对应关 系，所以圆图应定量反映阻抗特性和反射特性。 Smith Chart 圆图上 一点位置反映对应的 阻抗(R+jx)和反射 模 阻抗 和反射(模 和相位) 和相位
对于确定的阻抗值Z=R+JX， 在圆图上有确定的某点位 置与之对应，R值对应相应 大小等电阻圆，X值对应等 电抗圆。等电阻圆和等电 抗圆交点为Z。该点半径为 阻抗Z对应的反射系数模值， 夹角为反射系数相位。
基本测量实例
以E5062A为例 E5062A为例
连接电缆，确定校准面（与待测试面保持一致）。 Preset---设置频率范围（center、span）；合适显示刻 度（Scale）；源功率大小（sweep---power--- 0dBm）； 测量参数（测量点数、中频带宽） 以及Marke 点等。 根据所要检测的参数数量设置窗口数目，如：Log Mag S11， S21 ，S21，S21，可以在显示（Display）菜单里 选4窗口显示，进行时测量，也可以在一个窗口里边设 置多条轨迹线TRACE进行对比测量。 进行校准（cal） 。 连接待测品进行测量或调试。 记录测量结果。
V入射波 V反射波 半反射
非无反射状态，在传输线上都会建立驻波
相关概念
反射系数 回波损耗 驻波比 传输系数 增益/插入损耗 群延时 史密斯圆图
反射系数Γ 反射系数Γ
反射系数是反射信号功率与入射信号功率 之比。
Γ
伽马
V reflected = = V incident
ρ
Φ
ZL − ZO = ZL + ZO
网络分析仪分类
矢网(Vector network)： 能测量幅度和相位特性。包括：S参数、 幅度和相位、驻波比、插入损耗/增益、 群延时、回波损耗、复数阻抗等。 标网(Scalar network) ： 只能测量S参数的幅度部分，测量结果包 括：传输损耗/增益、回波损耗和驻波比、 反向隔离度等。
双端口网络分析仪简单组成框图
反射特性校准（常用校准件：开路、短路、负载） 传输特性校准（常用校准件：直通连接器）
小结
传输特性测量 S21参数或S12参数,如测量插损、传输时延 反射特性测量 S11参数或S22参数，如测量驻波比、回波损耗 单端口校准 反射误差修正 双端口校准 反射误差修正+传输误差修正 (也可以单独进行传输校准)
Emax Emin Emax SWR = Voltage Standing Wave Ratio Emin =
1-ρ
1+ρ
反射系数分析
反射系数
Γ
V reflected = = V incident
ρ
=
Φ
Γ
Return loss = -20 log(ρ), Emax VSWR = Emin
无反射
(ZL = Zo)
传输电压与入射电压之比
V
输入
V
DUT
传输
传输系 数
=
Τ
=
VTransmitted V Incident
=
τ∠φ
传输系数为信号电压比值，包含幅度信息和相位信息，为矢量
插入损耗与增益
对于功率比值，根据器件是对输入信号进行放大还是衰减，功率比值 定义为：增益和插损。
•增益：传输电压的绝对值大于入射电压的绝对值 •插入损耗：传输电压的绝对值小于入射电压的绝对值
Zs = Zo
Zo =传输线特性阻抗
Zo
V
入射波
V反射波= 0(所有输入功率被负载吸收)
Hale Waihona Puke 无反射当传输线终端为短路与开路时
Zs = Zo
短路 开路
V
入射波
V反射波 全反射
负载开路相位同相 (0o) 短路相位为反向(180o)
对于短路和开路二种情况，在传输线上都会建立驻波
当传输线终端为25 Ω
Zs = Zo ZL = 25 Ω
检查结果处理
若网络分析仪的传输特性和反射特性的 检查均正常，需在日校验记录或日维护卡上 记录，然后使用； 若检查发现异常，立即通知本部门仪器 管理人员和质管部仪校室人员对仪器进行检 查分析，并停止使用仪器。
三、校准件及配件检查
网络分析仪的测试准确度受外界因素影 响较大，在测试前需要对校准套件、测试 电缆、接头、连接器等进行检查 。 检查对象主要为校准负载和测试电缆。 可直接接于网络分析仪的端口对其进行测 试，或使用Smith圆图进行性能检查。
Load Power (normalized)
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RL / RS
当传输线的终端负载等于其特性阻抗时，传输的功率最大;当负载阻抗与特
性阻抗不相等时，则没有被负载吸收的那部分信号将被反射回信号源
当传输线终端为Z 当传输线终端为Z0时
SWR S参数 参数
S11,S22
反射损耗 反射系数
Γ, ρ
增益 S参数 参数
S21,S12
群时延 相位 传输系数
Τ,τ Phase Delay
阻抗
R+jX, G+jB
S参数的定义
a1
输入 反射
S
21
传输
DUT
b2 Z0
Load
正向
S S
S 11
b1
a2 = 0
11
21
b1 Reflected = = a Incident 1 b Transmitted 2 = = a
tg 群延时
∆ω
to
φ ∆φ
Group Delay (tg) =
−d φ dω
平均延时
Frequency
=
−1 360 o
*
dφ df
φ ω φ
in radians in radians/sec in degrees
群时延波动表示失真 平均时延代表信号通过被测器件的 平均传输时间
f in Hertz (ω = 2 π f)
显示设置
多窗口（通道）测 量不同参数
一窗口多轨迹线进 行对比，测量
三、操作注意事项及操作规范
测试规范
一、仪器通电前检查及要求 仪器交流供电的电源线使用三芯电源线， 并检查仪器后面板电源转换开关是否置于 2２0V档 确保仪器良好接地 操作人员佩带防静电腕带，身着防静电 服 需要打印的话要开机前接好打印机
ρ
ZL − ZO = ZL + ZO
=
1-ρ
1+ρ
Voltage Standing Wave Ratio
全反射
(ZL = open, short)
0
ρ
RL VSWR
1 0 dB
∞ dB
1
∞
传输线三种状态
1． 匹配工作状态（行波工作状态） 负载阻抗等于传输线的特性阻抗，即ZL=Z0时， Γ=0，RL →∞ ，SWR=1。传输线就处于匹配工作状态。 特征： 沿线只有入射的行波而没有反射波；入射的能量全为 负载所吸收，故传输效率最高； 沿线上任意点的输入 阻抗等于线的特性阻抗而与离负载距离无关； 沿线电压和电流的振幅值不变；
b1
传输
S 12
功率最大传输条件
在高频电路中，我们希望传输线无损耗传输信号功率（即 传输线上只有入射电压，无反射电压）而实际上反射电压 总是存在的。因此我们关心怎样能使功率最大传输
RS
RL
对于复数阻抗，只有当负载阻抗与源阻抗 呈现复数共轭时（ZL = ZS*）才产生最大功率
传输
1.2
Rs
+jX -jX RL
网络分析仪操作基础
主要内容
网络分析基础知识 网络分析仪测试技术及应用 操作规范及测试注意事项
一、网络分析基础知识
网络分析仪简介
网络分析： 是通过网络的输入端和输出端，测量网络 对频率扫描或功率扫描测试信号的幅度与相位 的影响，来精确表征线性系统特性的一种方法。 网络分析仪： 网络分析仪能精确地测量入射波、反射波、 传输波中的幅度和相位信息，通过比值测量法 定量来描述被测器件的反射和传输特性。 比值测量法可以使我们在进行反射和传输测 量时，不会受到绝对功率和源功率随频率变化 产生的影响。
当ZL=Z0时， ρ=0； ρ=0； 当ZL≠ Z0时，0＜ρ≤1 ρ≤1 ZL为负载阻抗，Z0为传输线特性阻抗
回波损耗
反射信号低于入射信号的dB数，是用对数 反射信号低于入射信号的dB数，是用对数 表示反射系数的幅度特性的一种方法
Return loss = -20 log(ρ),
ρ
=
Γ
驻波比
反射除了会使系统中各部件之间传输的最佳功 率减少之外，还会在传输线上产生驻波（两个相反方 向的行波叠加形成）。 在传输线上，信号的最大幅度与最小幅度之比，称为 驻波比。描述负载匹配特性
Incident
S-parameters
a2 = 0 a2 = 0 S S
22
电压线性值定义
= = b2 Reflected = a Incident 2
Transmitted
1
a1 = 0 a1 = 0
b
12
= a Incident
b2
1 2
a1 = 0
Z0
Load
DUT
S 22
反射 输入
反向
a2
二、网络分析仪测试技术及应用
网络分析仪测量误差
系统误差
由于测试仪表原理或测试设备引起 变化有规律 能够被定量描述 可通过校准消除
随机误差
随时间随机变化 不能通过校准消除 引起随机误差的原因: 引起随机误差的原因: 设备噪声 开关重复性 连接器重复性
系统误差
测试数据
随机误差 飘移误差
被测件 性能
飘移误差
校准后仪表性能变化 主要由温度变化造成 通过定期计量消除
网络分析仪系统误差
系统误差为主要误差，可通过校准消除。 存在6种类型12个误差项： 与信号泄漏有关的方向误差和串扰误差 与反射有关的源失匹配和负载阻抗失配； 由反射和传输跟踪引起的频率响应误差
误差修正
网络分析仪的测量准确度受外部因素的影响 较大。误差修正是提高测量准确度的过程。 误差修正是对已知校准标准进行测量，将这 些测量结果贮存到分析仪的存储器内，利用这些 数据来计算误差模型。然后，利用误差模型从后 续测量中去除系统误差的影响。
误差修正（续）
误差修正只对特定的激励状态有效。 当更改仪器的以下设置，将使误差修正无 效或降低： 频率范围、系统带宽、输出功率、扫描点 数、扫描类型、扫描时间 误差修正有效判断：C 或C？或 Cor或Cor?
校准
•
单端口校准：单端口校准能测量并消除反 射测量中的三项系统误差（方向性、源匹 配、频率响应）： 双端口校准：能消除所有主要的系统误差 源
反射特性检查： 网络分析仪设置为S11参数（或S22参数） 测量，频率为10MHz~3000MHz，源电平输出 0dBm。在仪器Port 1口（或Port 2口）接一标准 负载测试其回波损耗，若回波损耗≤-30dB，则 仪器反射特性正常；或将仪器Port 1口（或Port 2口）空接，观察其回波损耗值（开路、反射 系数为1），若回波损耗在±1dB范围内，则仪 器反射特性正常