網絡分析儀操作基礎-射頻工程師培訓,天線工程師培

1、網絡分析儀操作基礎,R&S 張超,主要內容網絡分析基礎知識網絡分析儀測試技術及應用操作規(guī)范及測試注意事項實際操作,光波同射頻信號,網絡分析儀能精確測量入射能量、反射能量和傳輸能量,,,,,,,,,,,,DUT,入射波,傳輸波,反射波,光波,射頻和微波信號,入射功率,反射功率,傳輸功率,一、網絡分析基礎知識,功率傳輸條件,高頻，為什么要功率測量？ 電壓和電流可能隨無損傳輸線的位置改變，但功率仍保持

2、常數值。在射頻和微波頻率，作為基本量的功率更容易測量，更易了解，更有用。在低頻上，波長非常長，簡單的導線便適于傳導功率在較高頻率上，波長與高頻電路中導體的長度相當或者更小，功率傳輸可認為是以行波方式進行。需要高效率的功率傳送是在較高頻率上使用傳輸線的主要原因之一,功率傳輸條件（續(xù)）,,對于復數阻抗，只有當 負載阻抗與源阻抗呈現復數共軛時（ZL = ZS*）才產生最大功率傳輸,RL / RS,當傳輸線的終端負載等于其特性阻抗時，傳輸

3、的功率最大;當負載阻抗與特性阻抗不相等時，則未被負載吸收的那部分信號將被反射回信號源.,我們希望傳輸線無損耗傳輸信號功率，傳輸線上只有入射電壓，無反射電壓，而實際上反射總是存在的。因此關心功率最大傳輸問題,當傳輸線終端為Z0時,,iv,,,,,,Zs = Zo,Zo,,V反射波= 0(所有輸入功率被負載吸收),,Zo =傳輸線特性阻抗,當傳輸線終端為短路與開路時,,,,,,,,,Zs = Zo,V反射波,,負載開路相位同相 (0o) ,

4、 短路相位為反向(180o),,,,對于短路和開路二種情況，在傳輸線上都會建立駐波,當傳輸線終端為25 W,,,Vrefl,,Standing wave pattern,,,,Zs = Zo,ZL = 25 W,相關概念,反射系數回波損耗駐波比傳輸系數增益/插入損耗群延時史密斯圓圖,反射系數Γ 反射系數是反射信號功率與入射信號功率之比。,,當ZL=Z0時， ρ=0；當ZL≠ Z0時，0＜ρ≤1,ZL為負載阻抗

5、，Z0為傳輸線特性阻抗,回波損耗 反射信號低于入射信號的dB數，是用對數表示反射系數的幅度特性的一種方法,,駐波比 反射除了會使系統(tǒng)中各部件之間傳輸的最佳功率減少之外，還會在傳輸線上產生駐波（兩個相反方向的行波疊加形成）。在傳輸線上，信號的最大幅度與最小幅度之比，稱為駐波比。描述負載匹配特性,,反射系數分析,,¥ dB,無反射(ZL = Zo),0,1,全反射(ZL = open, short),

6、0 dB,1,¥,Voltage Standing Wave Ratio,傳輸線三種狀態(tài),1．  匹配工作狀態(tài)（行波工作狀態(tài)） 負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗，即ZL=Z0時， Γ=0，RL →∞ ，SWR=1。傳輸線就處于匹配工作狀態(tài)。 特征： 沿線只有入射的行波而沒有反射波；入射的能量全為負載所吸收，故傳輸效率最高； 沿線上任意點的輸入阻抗等于線的特性阻抗而與

7、離負載距離無關； 沿線電壓和電流的振幅值不變；,傳輸線三種狀態(tài),2.純駐波狀態(tài)  短路：負載阻抗ZL=0時，Γ=-1， RL=0，SWR →∞ 。  開路：負載阻抗ZL=∞， Γ=1， RL=0 ，SWR →∞ 3.行駐波狀態(tài)：當ZL≠Z0時，Γ＜1,傳輸線上為“部分 行波”狀態(tài)，“部分反射”狀態(tài)，此時負 載失配，導致傳輸線上出現部分駐波,傳輸系數 傳輸電壓與入射電平之比,,插入損耗與增益,,增

8、益：傳輸電壓的絕對值大于入射電壓的絕對值插入損耗：傳輸電壓的絕對值小于入射電壓的絕對值,,傳輸系數的相位部分稱為插入相位,群延時,,是相位失真的一個有用的度量。是信號通過被測器件的傳輸時間隨頻率變化的量度。群時延可以由對被測器件的相位響應隨時間的變化取微分進行計算。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Frequency,群延時,平均延時,,,,,,,t,o,,,,,,,,,,,,,Phase,f,Df,Frequency,,,,,,

9、,Dw,w,群延時波動表示失真平均延時代表信號通過被測器件的平均傳輸時間,史密斯圓圖,,極坐標平面,復數阻抗平面的正實部部分映射到極坐標顯示上，得史密斯圓圖。所有電抗值和正電阻值均在外圓內,能讀反射系數，但不能直接顯示讀取阻抗值,分析,二、網絡分析儀測試技術及應用,網絡分析儀簡介,網絡分析： 是通過測量網絡輸入端和輸出端對頻率掃描和功率掃描測試信號的幅度與相位的影響，來精確表征線性系統(tǒng)特性的一種方法。網絡分析儀：

10、 網絡分析儀能精確地測量入射波、反射波、傳輸波中的幅度和相位信息，通過比值測量法定量描述被測器件的反射和傳輸特性。 比值測量法可以使我們在進行反射和傳輸測量時不會受到絕對功率和源功率隨頻率變化產生的影響。,測量需求,檢查復雜RF系統(tǒng)各個組件特性確保傳輸信號無失真 線性失真：幅度、恒定群延時 非線性失真：諧波、互調、壓縮確保良好匹配，功率最大傳輸網絡分析儀測試應用：

11、 無源： 雙工器、功分器、耦合器、合路器、濾波器、隔離器、環(huán)行器、衰減器、天線、適配器、電纜、波導、傳輸線等 有源：放大器、混頻器、取樣器等,網絡分析儀分類,矢網(Vector network)：能測量和顯示電氣網絡和整體幅度和相位特性。包括：S參數、幅度和相位、駐波比、插入損耗/增益、群延時、回波損耗、復數阻抗等標網(Scalar network) ：只能測量S參數的幅度部分，測量結果包括：傳輸損耗

12、/增益、回波損耗和駐波比、反向隔離度等,S參數測量,,,,,,,,,,,,,,,Incident,Transmitted,S,21,S,11,Reflected,,b,1,a,1,b,2,,,,,,a,2,=,0,,,,DUT,Forward,,,,,,,,,,Incident,Transmitted,S,12,,,b,2,a,2,b,,,,,,a,1,=,0,,,,DUT,Reverse,,1,Z0為系統(tǒng)特性阻抗，設置：CAL

13、 more CAL System Z0,,,Port 1,Port 2,測試誤差分析,測量系統(tǒng)存在誤差：系統(tǒng)誤差： 是由測試設備和測量裝置的不完善所引起隨機誤差： 以隨機方式隨時間而變，不可通過校準來消除。主要影響：噪聲、開關重復性、連接重復性。漂移誤差：頻率漂移、溫度漂移,網絡分析儀系統(tǒng)誤差,系統(tǒng)誤差為主要誤差，可通過校準消除。存在6種類型12個誤差項：與信號泄漏有關的方向誤差和串擾誤

14、差與反射有關的源失匹配和負載阻抗失配；由反射和傳輸跟蹤引起的頻率響應誤差,誤差修正,網絡分析儀的測量準確度受外部因素的影響較大。誤差修正是提高測量準確度的過程。 誤差修正是對已知校準標準進行測量，將這些測量結果貯存到分析儀的存儲器內，利用這些數據來計算誤差模型。然后，利用誤差模型從后續(xù)測量中去除系統(tǒng)誤差的影響。,誤差修正（續(xù)）,誤差修正只對特定的激勵狀態(tài)有效。當更改儀器的以下設置，將使誤差修正無效或降低： 頻

15、率范圍、系統(tǒng)帶寬、輸出功率、掃描點數、掃描類型、掃描時間誤差修正有效判斷：C 或C？或 Cor或Cor?,校準,單端口校準：單端口校準能測量并消除反射測量中的三項系統(tǒng)誤差（方向性、源匹配、頻率響應）： 反射特性校準（常用校準件：開路、短路、負載） 傳輸特性校準（常用校準件：直通連接器）雙端口校準：能消除所有主要的系統(tǒng)誤差源,小結,傳輸特性測量 S21參數或S12參數,如測

16、量插損、傳輸時延反射特性測量 S11參數或S22參數，如測量駐波比、回波損耗單端口校準 反射誤差修正、傳輸誤差修正雙端口校準 反射誤差修正+傳輸誤差修正,基本測量實例 以HP 8753D為例,連接電纜，確定校準面（與待測試面保持一致）Preset---設置頻率范圍（center、span）---設置源功率大?。╩enu---power---0dBm---source on/of

17、f）---設置測量參數（測量點數、中頻帶寬）Chan 1---S11（或S22）---Cal---Cal Kit---Select Cal Kit---Calibration menu---S11 (或S22) 1-Port ---連接Open、Short、Load于Port 1(或Port 2)端口---Done 1-Port Cal---出現CorChan 2---S21（或S12）---Cal---Calibrat

18、ion menu---response ---使用直通頭連接---Thru ---出現CorDisplay dual---dual chan on連接待測品Scale---顯示刻度---顯示位置Marke 讀數---marke search ---search Max輸出測量結果 Copy---Print monochrome,1、儀器通電前檢查及要求 儀器交流供電的電源線使用三芯電源線，并檢查儀器后面板電

19、源轉換開關是否置于230V檔 確保儀器良好接地 操作人員佩帶防靜電腕帶，身著防靜電服 接打印機,三、操作操作規(guī)范,2、測試產品前儀器檢查,傳輸特性檢查： 將網絡分析儀復位后，用用一根低損耗的電纜將儀器二端口連接，網絡分析儀設置為S21參數（或S12參數）測量，頻率為全頻段，源電平輸出0dBm，測試其在全頻段范圍內傳輸損耗值，若其損耗值≤±1dB，則儀器傳輸特性正常 （注不可直通校準,無C或Cor標識）

20、 解釋 ：傳輸系數 1，插損 0,,,反射特性檢查： 網絡分析儀設置為S11參數（或S22參數）測量，頻率為10MHz~3000MHz，源電平輸出0dBm。在儀器Port 1口（或Port 2口）接一標準負載測試其回波損耗，若回波損耗≤-30dB，則儀器反射特性正常；或將儀器Port 1口（或Port 2口）空接，觀察其回波損耗值（開路、反射系數為1），若回波損耗在±1dB范圍

21、內，則儀器反射特性正常 解釋：反射系數 1，回波損耗 0,,,檢查結果處理,若網絡分析儀的傳輸特性和反射特性的檢查均正常，需在日校驗記錄或日維護卡上記錄，然后使用； 若檢查發(fā)現異常，立即通知本部門儀器管理人員和質管部儀校室人員對儀器進行檢查分析，并停止使用儀器。,3、校準件及配件檢查,網絡分析儀的測試準確度受外界因素影響較大，在測試前需要對校準套件、測試電纜、接頭、連接器等進行檢查 。

22、 檢查對象主要為校準負載和測試電纜?？芍苯咏佑诰W絡分析儀的端口對其進行測試，或使用Smith圓圖進行性能檢查。,4、對儀器進行保護,為防止雙工產品反向信號對網絡分析儀造成損壞，必須在測試雙工產品上行支路駐波比時斷開其下行電纜，測試下行支路駐波比時斷開其上行電纜（在測試前斷開雙工器上電纜）； 在測試低噪放或其它模塊產品的駐波比時，必須先將輸出端接上負載進行屏蔽(并匹配)，以防信號串撓或泄露造成產品自激。當測試產品輸出功率超過5W時，

23、需在輸出端接一大功率衰減器，并串接負載。,4、對儀器進行保護(續(xù)),當測試時延時，需在網絡分析儀的輸入口和輸出口均需串接合適的衰減器（衰減器對時延影響非常小，只有幾納秒。例如測試ALC功率為40dBm的產品，可在儀器Port1和Port 2口分別串接1個40dB的衰減器）。在將待測產品與儀器連接之前，先將待測產品可靠接地。,5、合理設置參數進行測試,選擇測量S參數、對應測量通道；先設置儀器頻率范圍、源功率大小、系統(tǒng)中頻帶寬、掃描點數

24、和掃描類型；設置系統(tǒng)阻抗為50歐，測試面與校準面保持一致；然后再使用標準的校準件對網絡分析儀進行校準，若在儀器校準后更改上述參數，則校準無效，需重新進行校準；在產品測試過程中出現異常，應立即停止使用儀器，并通知相關人員進行檢查處理。,6、測試結果處理,Maker 讀數/限制線 判定SAVE/Hard Copy打印例：8714ET測試圖形存盤: Hard copy--se

25、lect copy port--file gif或file pcx ---select ---prior menu---start 8753D測試圖形存盤,四、操作注意事項,儀器對靜電很敏感，操作人員必須佩帶防靜電手腕，身著防靜電服 儀器要良好接地 ；待測產品在連接前良好接地；注意對校準件及連接接頭的維護（使用正確連接方法及清潔、檢查），以免引入測試誤差 儀器四周，特別是散熱口與其它物體須保持10cm距離來散熱,操

26、作注意事項（續(xù)）,為了保證儀器測量準確度，不接入待測產品，在使用前預熱半小時以上在將網絡分析儀與待測產品連接時，保證先將待測產品接地，再接電源線及連接；在產品測試完成后，先將儀器與待測品連接斷開，再斷開電源連接，然后將地線與待測品連接斷開,操作注意事項（續(xù)）,為防止雙工產品反向信號對網絡分析儀造成損壞，在測試雙工產品上行支路駐波比時必須斷開其下行電纜（斷開測試口最近的雙工器TX連接電纜），測試下行支路駐波比時必須斷開其上行電纜（斷開測

27、試口最近的雙工器RX連接電纜）。且在測試前斷開，并接一負載屏蔽、匹配；測試高增益的整機產品駐波比，一般網絡分析儀源輸出功率置為-30dBm，既可滿足要求（因低噪放為主要影響），又不影響靈敏度。,當測試時延時，需在網絡分析儀的輸入口和輸出口均需串接合適的衰減器（衰減器對時延影響非常小，只有幾納秒.例如：在測試最大輸出功率為40dBm的產品時，可儀器Port 1與Port 2口分別串接40dB的衰減器。 當測試雙工產品的選擇性或帶外抑制

28、、增益等使用S21或S12參數進行測試時，儀器輸入輸出均需接合適的衰減器。,操作注意事項（續(xù)）,操作注意事項（續(xù)）,更改頻率范圍、掃描點數、輸出功率、中頻帶寬等均會使用校準無效或降低誤差修正校準狀態(tài)確認；Cor校準面與測試面保持一致，系統(tǒng)阻抗50歐測試反射特性時不可接隔離器,儀器操作注意事項（續(xù)）,若需使用GPIB接口或打印機并口，須在儀器開機之前接上GPIB電纜或打印機，不可帶電插拔GPIB電纜或打印機電纜 若儀器端口為APC

29、-7接頭，須將外接APC-7接頭外導體與儀器端口APC-7接頭相連旋緊，并保持儀器端口APC-7接頭外導體松弛，否則導致APC-7接頭損壞或連接松,儀器操作注意事項（續(xù)）,在焊接元器件、調試產品時，須將產品斷電，并將儀器與待測產品斷開連接 ；當發(fā)現待測產品出現自激時，應馬上給產品斷電，將儀器與產品連接斷開，并檢查儀器性能好壞，當排除自激后，才可再將儀器接入測試； 要網絡分析儀使用前后均需檢查儀器狀態(tài)檢查（儀器所有S參數），并作記錄；