网络分析仪操作基础

耗 驻波比 传输系数 增益/ 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
V reflected = = V incident
ρ
Φ
ZL − ZO = ZL + ZO
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
Transmitted
1
a1 = 0 a1 = 0
S
21
=
= a Incident
1
a2 = 0 S
12
=
= a Incident
b2
2
a1 = 0
Z0
Load
DUT
S 22
Reflected Incident
Reverse
a2
b1
Transmitted
S 12
Z0为系统特性阻抗，设置：CAL
more CAL
功率传输条件（续）
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
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
Load Power (normalized)
Γ=
Z L = Zo 0
Constant R
Z L = 0 (short) ±18 O Γ = 1 180
ZL = Γ =1
(open) 0O
Smith chart
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。
tg
群延时
∆ω
to
φ ∆φ
Group Delay (tg) =
−d φ dω dφ df
平均延时
Frequency
=
−1 360 o
*
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
φ ω φ
in radians in radians/sec in degrees
f in Hertz (ω = 2 π f)
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， 负载阻抗等于传输线的特性阻抗，即Z Γ=0， Γ=0，RL
→∞ ，SWR=1。传输线就处于匹配工作状态。 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 2.纯驻波状态 短路：负载阻抗Z =0时，Γ=短路：负载阻抗ZL=0时，Γ=-1， RL=0， RL=0， SWR →∞ 。 开路：负载阻抗Z =∞， Γ=1， 开路：负载阻抗ZL=∞， Γ=1， RL=0 ，SWR →∞ 3.行驻波状态：当Z 3.行驻波状态：当ZL≠Z0时，Γ＜1,传输线上为 时，Γ 1,传输线上为 “部分 行波”状态，“部分反射”状态，此时负 行波”状态，“部分反射” 载失配，导致传输线上出现部分驻波
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，则未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
Zs = Zo
Zo =传输线特性阻抗
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, 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 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+ 反射误差修正+传输误差修正
=
- 20 log
τ
V V
增益 (dB) = 20 Log
Trans
Inc
=
20 log
τ
V
Inc
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。
Frequency ω
Phase
测量需求
检查复杂RF系统各个组件特性 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 实际操作 R&S 张超
一、网络分析基础知识
光波同射频信号
入射波 传输波
反射波
光波 DUT
入射功率 反射功率 射频和微波信号 传输功率
网络分析仪能精确测量入射能量、反射 能量和传输能量
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
System Z0
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： 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
回波损耗
反射信号低于入射信号的dB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
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
传输系数
传输电压与入射电平之比
V Incident
DUT
V Transmitted V Transmitted V Incident
传输系数
Τ
=
插入损耗与增益
•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
V
插入损耗 (dB) = - 20 Log
Trans
基本测量实例
以HP 8753D为例 8753D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-Preset---设置频率范围（center、span）---设置源功率大小（menu--power---0dBm---source on/off）---设置测量参数（测量点数、中频 power---0dBm---source on/off）---设置测量参数（测量点数、中频 带宽） Chan 1---S11（或S22）---Cal---Cal Kit---Select Cal Kit--1---S11（或S22）---Cal---Cal Kit---Select Kit--Calibration menu---S11 (或S22) 1-Port ---连接Open、Short、 menu---S11 (或 1---连接Open、Short、 Load于 Load于Port 1(或Port 2)端口---Done 1-Port Cal---出现Cor 1(或 2)端口---Done 1Cal---出现Cor Chan 2---S21（或S12）---Cal---Calibration menu---response 2---S21（或S12）---Cal---Calibration menu---response --使用直通头连接---Thru ---出现Cor --使用直通头连接---Thru ---出现Cor Display dual---dual chan on dual---dual 连接待测品 Scale---显示刻度---显示位置 Scale---显示刻度---显示位置 Marke 读数---marke search ---search Max 读数---marke ---search 输出测量结果 Copy---Print monochrome Copy---Print