網(wǎng)絡(luò)分析儀操作基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)分析儀操作基礎(chǔ)R&S張超主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)分析基礎(chǔ)知識網(wǎng)絡(luò)分析儀測試技術(shù)及應(yīng)用操作規(guī)范及測試注意事項(xiàng)實(shí)際操作1可編輯版光波同射頻信號網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)分析基礎(chǔ)知識2可編輯版功率傳輸條件高頻，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，但功率仍保持常數(shù)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(dǎo)線便適于傳導(dǎo)功率在較高頻率上，波長與高頻電路中導(dǎo)體的長度相當(dāng)或者更小，功率傳輸可認(rèn)為是以行波方式進(jìn)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一3可編輯版功率傳輸條件（續(xù)）RSRL對于復(fù)數(shù)阻抗，只有當(dāng)負(fù)載阻抗與源阻抗呈現(xiàn)復(fù)數(shù)共軛時(shí)（ZL=ZS*）才產(chǎn)生最大功率傳輸RL/RS00.20.40.60.811.2012345678910LoadPower(normalized)當(dāng)傳輸線的終端負(fù)載等于其特性阻抗時(shí)，傳輸?shù)墓β首畲?當(dāng)負(fù)載阻抗與特性阻抗不相等時(shí)，則未被負(fù)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(shí)際上反射總是存在的。因此關(guān)心功率最大傳輸問題4可編輯版當(dāng)傳輸線終端為Z0時(shí)iv

Zs=ZoZoV反射波=0(所有輸入功率被負(fù)載吸收)V入射波Zo=傳輸線特性阻抗5可編輯版當(dāng)傳輸線終端為短路與開路時(shí)

Zs=ZoV反射波V入射波負(fù)載開路相位同相(0o),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6可編輯版當(dāng)傳輸線終端為25WVreflStandingwavepatternZs=ZoZL=25WVinc7可編輯版相關(guān)概念反射系數(shù)回波損耗駐波比傳輸系數(shù)增益/插入損耗群延時(shí)史密斯圓圖8可編輯版反射系數(shù)Γ

反射系數(shù)是反射信號功率與入射信號功率之比。=ZL-ZOZL+OZ=VreflectedVincident=rFG當(dāng)ZL=Z0時(shí)，ρ=0；當(dāng)ZL≠Z0時(shí)，0＜ρ≤1ZL為負(fù)載阻抗，Z0為傳輸線特性阻抗9可編輯版回波損耗

反射信號低于入射信號的dB數(shù)，是用對數(shù)表示反射系數(shù)的幅度特性的一種方法=rGReturnloss=-20log(r),10可編輯版駐波比

反射除了會使系統(tǒng)中各部件之間傳輸?shù)淖罴压β蕼p少之外，還會在傳輸線上產(chǎn)生駐波（兩個(gè)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(fù)載匹配特性EmaxEminSWR=EmaxEmin=1+r1-r11可編輯版反射系數(shù)分析￥

dB無反射(ZL=Zo)rRLVSWR01全反射(ZL=open,short)0dB1￥=rGReturnloss=-20log(r),VoltageStandingWaveRatioVSWR=EmaxEmin=1+r1-r=ZL-ZOZL+OZ反射系數(shù)=VreflectedVincident=rFG12可編輯版?zhèn)鬏斁€三種狀態(tài)1．

匹配工作狀態(tài)（行波工作狀態(tài)）負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗，即ZL=Z0時(shí)，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(fù)載所吸收，故傳輸效率最高；

沿線上任意點(diǎn)的輸入阻抗等于線的特性阻抗而與離負(fù)載距離無關(guān)；沿線電壓和電流的振幅值不變；

13可編輯版?zhèn)鬏斁€三種狀態(tài)2.純駐波狀態(tài)

短路：負(fù)載阻抗ZL=0時(shí)，Γ=-1，RL=0，SWR→∞。

開路：負(fù)載阻抗ZL=∞，Γ=1，RL=0，SWR→∞3.行駐波狀態(tài)：當(dāng)ZL≠Z0時(shí)，Γ＜1,傳輸線上為“部分行波”狀態(tài)，“部分反射”狀態(tài)，此時(shí)負(fù)載失配，導(dǎo)致傳輸線上出現(xiàn)部分駐波14可編輯版?zhèn)鬏斚禂?shù)

傳輸電壓與入射電平之比VTransmittedVIncident傳輸系數(shù)T=VTransmittedVIncidentDUT15可編輯版插入損耗與增益增益(dB)=20LogVTransVInc=20logt插入損耗(dB)=-20LogVTransVInc=-20logt增益：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(shù)的相位部分稱為插入相位16可編輯版群延時(shí)是相位失真的一個(gè)有用的度量。是信號通過被測器件的傳輸時(shí)間隨頻率變化的量度。群時(shí)延可以由對被測器件的相位響應(yīng)隨時(shí)間的變化取微分進(jìn)行計(jì)算。inradiansinradians/secindegreesfinHertz(w=2pf)fwfGroupDelay(t)g=-dfdw=-1360odfdf*Frequency群延時(shí)平均延時(shí)totgPhasefDfFrequencyDww群延時(shí)波動(dòng)表示失真平均延時(shí)代表信號通過被測器件的平均傳輸時(shí)間17可編輯版史密斯圓圖SmithChart

￥?0+R+jX-jX復(fù)數(shù)阻抗平面，無法表示開路.-90o0o180o+-.2.4.6.81.090o￥0Z=ZoL=0GConstantXConstantRSmithchartGLZ=0=±18180O1(short)Z=L=0O1G(open)極坐標(biāo)平面復(fù)數(shù)阻抗平面的正實(shí)部部分映射到極坐標(biāo)顯示上，得史密斯圓圖。所有電抗值和正電阻值均在外圓內(nèi)能讀反射系數(shù)，但不能直接顯示讀取阻抗值分析18可編輯版二、網(wǎng)絡(luò)分析儀測試技術(shù)及應(yīng)用19可編輯版網(wǎng)絡(luò)分析儀簡介網(wǎng)絡(luò)分析：是通過測量網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)分析儀：網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行反射和傳輸測量時(shí)不會受到絕對功率和源功率隨頻率變化產(chǎn)生的影響。20可編輯版測量需求檢查復(fù)雜RF系統(tǒng)各個(gè)組件特性確保傳輸信號無失真線性失真：幅度、恒定群延時(shí)非線性失真：諧波、互調(diào)、壓縮確保良好匹配，功率最大傳輸網(wǎng)絡(luò)分析儀測試應(yīng)用：

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(dǎo)、傳輸線等有源：放大器、混頻器、取樣器等21可編輯版網(wǎng)絡(luò)分析儀分類矢網(wǎng)(Vectornetwork)：能測量和顯示電氣網(wǎng)絡(luò)和整體幅度和相位特性。包括：S參數(shù)、幅度和相位、駐波比、插入損耗/增益、群延時(shí)、回波損耗、復(fù)數(shù)阻抗等標(biāo)網(wǎng)(Scalarnetwork)：只能測量S參數(shù)的幅度部分，測量結(jié)果包括：傳輸損耗/增益、回波損耗和駐波比、反向隔離度等22可編輯版S參數(shù)測量

S11=ReflectedIncident=b1a1a2=0S21=TransmittedIncident=b2a1a2=0S22=ReflectedIncident=b2a2a1=0S12=TransmittedIncident=b1a2a1=0IncidentTransmittedS21S11Reflectedb1a1b2Z0Loada2=0DUTForwardIncidentTransmittedS12S22Reflectedb2a2ba1=0DUTZ0LoadReverse1Z0為系統(tǒng)特性阻抗，設(shè)置：CALmoreCALSystemZ0Port1Port223可編輯版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(shè)備和測量裝置的不完善所引起隨機(jī)誤差：以隨機(jī)方式隨時(shí)間而變，不可通過校準(zhǔn)來消除。主要影響：噪聲、開關(guān)重復(fù)性、連接重復(fù)性。漂移誤差：頻率漂移、溫度漂移24可編輯版網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差為主要誤差，可通過校準(zhǔn)消除。存在6種類型12個(gè)誤差項(xiàng)：與信號泄漏有關(guān)的方向誤差和串?dāng)_誤差與反射有關(guān)的源失匹配和負(fù)載阻抗失配；由反射和傳輸跟蹤引起的頻率響應(yīng)誤差25可編輯版誤差修正網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量準(zhǔn)確度受外部因素的影響較大。誤差修正是提高測量準(zhǔn)確度的過程。誤差修正是對已知校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量，將這些測量結(jié)果貯存到分析儀的存儲器內(nèi)，利用這些數(shù)據(jù)來計(jì)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。

26可編輯版誤差修正（續(xù)）誤差修正只對特定的激勵(lì)狀態(tài)有效。當(dāng)更改儀器的以下設(shè)置，將使誤差修正無效或降低：頻率范圍、系統(tǒng)帶寬、輸出功率、掃描點(diǎn)數(shù)、掃描類型、掃描時(shí)間誤差修正有效判斷：C或C？或Cor或Cor?27可編輯版校準(zhǔn)單端口校準(zhǔn)：單端口校準(zhǔn)能測量并消除反射測量中的三項(xiàng)系統(tǒng)誤差（方向性、源匹配、頻率響應(yīng)）：

反射特性校準(zhǔn)（常用校準(zhǔn)件：開路、短路、負(fù)載）傳輸特性校準(zhǔn)（常用校準(zhǔn)件：直通連接器）雙端口校準(zhǔn)：能消除所有主要的系統(tǒng)誤差源28可編輯版小結(jié)傳輸特性測量

S21參數(shù)或S12參數(shù),如測量插損、傳輸時(shí)延反射特性測量

S11參數(shù)或S22參數(shù)，如測量駐波比、回波損耗單端口校準(zhǔn)反射誤差修正、傳輸誤差修正雙端口校準(zhǔn)反射誤差修正+傳輸誤差修正29可編輯版基本測量實(shí)例

以HP8753D為例連接電纜，確定校準(zhǔn)面（與待測試面保持一致）Preset---設(shè)置頻率范圍（center、span）---設(shè)置源功率大?。╩enu---power---0dBm---sourceon/off）---設(shè)置測量參數(shù)（測量點(diǎn)數(shù)、中頻帶寬）Chan1---S11（或S22）---Cal---CalKit---SelectCalKit---Calibrationmenu---S11(或S22)1-Port---連接Open、Short、Load于Port1(或Port2)端口---Done1-PortCal---出現(xiàn)CorChan2---S21（或S12）---Cal---Calibrationmenu---response---使用直通頭連接---Thru---出現(xiàn)CorDisplaydual---dualchanon連接待測品Scale---顯示刻度---顯示位置Marke

讀數(shù)---markesearch---searchMax輸出測量結(jié)果Copy---Printmonochrome30可編輯版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源轉(zhuǎn)換開關(guān)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(jī)三、操作操作規(guī)范31可編輯版2、測試產(chǎn)品前儀器檢查傳輸特性檢查：

將網(wǎng)絡(luò)分析儀復(fù)位后，用用一根低損耗的電纜將儀器二端口連接，網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)置為S21參數(shù)（或S12參數(shù)）測量，頻率為全頻段，源電平輸出0dBm，測試其在全頻段范圍內(nèi)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(zhǔn),無C或Cor標(biāo)識）

解釋：傳輸系數(shù)1，插損032可編輯版反射特性檢查：網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)置為S11參數(shù)（或S22參數(shù)）測量，頻率為10MHz~3000MHz，源電平輸出0dBm。在儀器Port1口（或Port2口）接一標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載測試其回波損耗，若回波損耗≤-30dB，則儀器反射特性正常；或?qū)x器Port1口（或Port2口）空接，觀察其回波損耗值（開路、反射系數(shù)為1），若回波損耗在±1dB范圍內(nèi)，則儀器反射特性正常解釋：反射系數(shù)1，回波損耗033可編輯版檢查結(jié)果處理

若網(wǎng)絡(luò)分析儀的傳輸特性和反射特性的檢查均正常，需在日校驗(yàn)記錄或日維護(hù)卡上記錄，然后使用；若檢查發(fā)現(xiàn)異常，立即通知本部門儀器管理人員和質(zhì)管部儀校室人員對儀器進(jìn)行檢查分析，并停止使用儀器。34可編輯版3、校準(zhǔn)件及配件檢查網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試準(zhǔn)確度受外界因素影響較大，在測試前需要對校準(zhǔn)套件、測試電纜、接頭、連接器等進(jìn)行檢查。檢查對象主要為校準(zhǔn)負(fù)載和測試電纜?？芍苯咏佑诰W(wǎng)絡(luò)分析儀的端口對其進(jìn)行測試，或使用Smith圓圖進(jìn)行性能檢查。35可編輯版4、對儀器進(jìn)行保護(hù)為防止雙工產(chǎn)品反向信號對網(wǎng)絡(luò)分析儀造成損壞，必須在測試雙工產(chǎn)品上行支路駐波比時(shí)斷開其下行電纜，測試下行支路駐波比時(shí)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(chǎn)品的駐波比時(shí)，必須先將輸出端接上負(fù)載進(jìn)行屏蔽(并匹配)，以防信號串撓或泄露造成產(chǎn)品自激。當(dāng)測試產(chǎn)品輸出功率超過5W時(shí)，需在輸出端接一大功率衰減器，并串接負(fù)載。36可編輯版4、對儀器進(jìn)行保護(hù)(續(xù))當(dāng)測試時(shí)延時(shí)，需在網(wǎng)絡(luò)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(shí)延影響非常小，只有幾納秒。例如測試ALC功率為40dBm的產(chǎn)品，可在儀器Port1和Port2口分別串接1個(gè)40dB的衰減器）。在將待測產(chǎn)品與儀器連接之前，先將待測產(chǎn)品可靠接地。37可編輯版5、合理設(shè)置參數(shù)進(jìn)行測試選擇測量S參數(shù)、對應(yīng)測量通道；先設(shè)置儀器頻率范圍、源功率大小、系統(tǒng)中頻帶寬、掃描點(diǎn)數(shù)和掃描類型；設(shè)置系統(tǒng)阻抗為50歐，測試面與校準(zhǔn)面保持一致；然后再使用標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)件對網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)，若在儀器校準(zhǔn)后更改上述參數(shù)，則校準(zhǔn)無效，需重新進(jìn)行校準(zhǔn)；在產(chǎn)品測試過程中出現(xiàn)異常，應(yīng)立即停止使用儀器，并通知相關(guān)人員進(jìn)行檢查處理。38可編輯版6、測試結(jié)果處理Maker讀數(shù)/限制線判定SAVE/HardCopy打印例：8714ET測試圖形存盤:Hardcopy--selectcopyport--filegif或filepcx---select---priormenu---start8753D測試圖形存盤39可編輯版四、操作注意事項(xiàng)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(chǎn)品在連接前良好接地；注意對校準(zhǔn)件及連接接頭的維護(hù)（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40可編輯版操作注意事項(xiàng)（續(xù)）為了保證儀器測量準(zhǔn)確度，不接入待測產(chǎn)品，在使用前預(yù)熱半小時(shí)以上在將網(wǎng)絡(luò)分析儀與待測產(chǎn)品連接時(shí)，保證先將待測產(chǎn)品接地，再接電源線及連接；在產(chǎn)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41可編輯版操作注意事項(xiàng)（續(xù)）為防止雙工產(chǎn)品反向信號對網(wǎng)絡(luò)分析儀造成損壞，在測試雙工產(chǎn)品