网络分析仪培训资料

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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
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