网络分析仪培训资料(郭林风)

网络分析仪操作基础------内部仪器培训课程之二---------郭林风---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实际操作一、网络分析基础知识光波同射频信号网络分析仪能精确测量入射能量、反射能量和传输能量DUT入射波传输波反射波光波射频和微波信号入射功率反射功率传输功率功率传输条件高频，为什么要功率测量？电压和电流可能随无损传输线的位置改变，但功率仍保持常数值。在射频和微波频率，作为基本量的功率更容易测量，更易了解，更有用。在低频上，波长非常长，简单的导线便适于传导功率在较高频率上，波长与高频电路中导体的长度相当或者更小，功率传输可认为是以行波方式进行。需要高效率的功率传送是在较高频率上使用传输线的主要原因之一功率传输条件（续）RSRL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RL/RS00.20.40.60.811.2012345678910LoadPower(normalized)RsRL+jX-jX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，则未被负载吸收的那部分信号将被反射回信号源.我们希望传输线无损耗传输信号功率，传输线上只有入射电压，无反射电压，而实际上反射总是存在的。因此关心功率最大传输问题当传输线终端为Z0时ivZs=ZoZoV反射波=0(所有输入功率被负载吸收)V入射波Zo=传输线特性阻抗当传输线终端为短路与开路时Zs=ZoV反射波V入射波负载开路相位同相(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25WVreflStandingwavepatternZs=ZoZL=25WVinc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反射系数是反射信号功率与入射信号功率之比。=ZL-ZOZL+OZ=VreflectedVincident=rFG当ZL=Z0时，ρ=0；当ZL≠Z0时，0＜ρ≤1ZL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，是用对数表示反射系数的幅度特性的一种方法=rGReturnloss=-20log(r),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EmaxEminSWR=EmaxEmin=1+r1-r反射系数分析dB无反射(ZL=Zo)rRLVSWR01全反射(ZL=open,short)0dB1=rGReturnloss=-20log(r),VoltageStandingWaveRatioVSWR=EmaxEmin=1+r1-r=ZL-ZOZL+OZ反射系数=VreflectedVincident=rFG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；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传输电压与入射电平之比VTransmittedVIncident传输系数T=VTransmittedVIncidentDUT插入损耗与增益增益(dB)=20LogVTransVInc=20logt插入损耗(dB)=-20LogVTransVInc=-20logt•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传输系数的相位部分称为插入相位群延时是相位失真的一个有用的度量。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。inradiansinradians/secindegreesfinHertz(w=2pf)fwfGroupDelay(t)g=-dfdw=-1360odfdf*Frequency群延时平均延时totgPhasefDfFrequencyDww群延时波动表示失真平均延时代表信号通过被测器件的平均传输时间史密斯圆图SmithChart0+R+jX-jX复数阻抗平面，无法表示开路.-90o0o180o+-.2.4.6.81.090o0Z=ZoL=0GConstantXConstantRSmithchartGLZ=0=±18180O1(short)Z=L=0O1G(open)极坐标平面复数阻抗平面的正实部部分映射到极坐标显示上，得史密斯圆图。所有电抗值和正电阻值均在外圆内能读反射系数，但不能直接显示读取阻抗值分析二、网络分析仪测试技术及应用网络分析仪简介网络分析：是通过测量网络输入端和输出端对频率扫描和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。测量需求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、取样器等网络分析仪分类矢网(Vectornetwork)：能测量和显示电气网络和整体幅度和相位特性。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(Scalarnetwork)：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S参数测量S11=ReflectedIncident=b1a1a2=0S21=TransmittedIncident=b2a1a2=0S22=ReflectedIncident=b2a2a1=0S12=TransmittedIncident=b1a2a1=0IncidentTransmittedS21S11Reflectedb1a1b2Z0Loada2=0DUTForwardIncidentTransmittedS12S22Reflectedb2a2ba1=0DUTZ0LoadReverse1Z0为系统特性阻抗，设置：CALmoreCALSystemZ0Port1Port2测试误差分析测量系统存在误差：系统误差：是由测试设备和测量装置的不完善所引起随机误差：以随机方式随时间而变，不可通过校准来消除。主要影响：噪声、开关重复性、连接重复性。漂移误差：频率漂移、温度漂移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）：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）双端口校准：能消除所有主要的系统误差源小结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、传输误差修正双端口校准反射误差修正+传输误差修正基本测量实例以HP8753D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）---设置源功率大小（menu---power---0dBm---sourceon/off）---设置测量参数（测量点数、中频带宽）Chan1---S11（或S22）---Cal---CalKit---SelectCalKit---Calibrationmenu---S11(或S22)1-Port---连接Open、Short、Load于Port1(或Port2)端口---Done1-PortCal---出现CorChan2---S21（或S12）---Cal---Calibrationmenu---response---使用直通头连接---Thru---出现CorDisplaydual---dualchanon连接待测品Scale---显示刻度---显示位置Marke读数---markesearch---searchMax输出测量结果Copy---Printmonochrome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230V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接打印机二、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）解释：传输系数1，插损0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Port1口（或Port2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Port1口（或Port2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解释：反射系数1，回波损耗0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。四、对仪器进行保护为防止双工产品反向信号对网络分析仪造成损坏，必须在测试双工产品上行支路驻波比时断开其下行电缆，测试下行支路驻波比时断开其上行电缆（在测试前断开双工器上电缆）；在测试低噪放或其它模块产品的驻波比时，必须先将输出端接上负载进行屏蔽(并匹配)，以防信号串挠或泄露造成产品自激。当测试产品输出功率超过5W时，需在输出端接一大功率衰减器，并串接负载。四、对仪器进行保护当测试时延时，需在网络分析仪的输入口和输出口均需串接合适的衰减器（衰减器对时延影响非常小，只有几纳秒。例如测试ALC功率为40dBm的产品，可在仪器Port1和Port2口分别串接1个40dB的衰减器）。在将待测产品与仪器连接之前，先将待测产品可靠接地。