网络分析仪操作基础.ppt

《网络分析仪操作基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络分析仪操作基础.ppt（47页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、网络分析仪操作基础 -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 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 一、网络分析基础知识 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。

2、 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） 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（ Z L = ZS*） 才产生最大功率 传输 RL / RS 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Lo ad Po wer (n or ma liz ed ) Rs RL +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，

3、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 iv Zs = Zo Zo V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 = Zo V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 25 W Vrefl Standing wave pattern Zs = Zo ZL = 25 W V inc 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 反射系数是

4、反射信号功率与入射信号功率之 比。 = Z L - Z O Z L + O Z = V reflected V incident = r F G 当 ZL=Z0时， =0； 当 ZL Z0时， 0 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 表示反射系数的幅度特性的一种方法 = r G Return loss = -20 log(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 Emax E

5、min SWR = Emax E min = 1 + r 1 - r 反射系数分析 dB 无反射 (ZL = Zo) r RL VSWR 0 1 全反射 (ZL = open, short) 0 dB 1 = r G Return loss = -20 log(r), Voltage Standing Wave Ratio VSWR = Emax E min = 1 + r 1 - r = Z L - Z O Z L + O Z 反射系数 = V reflected V incident = r F G 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=

6、Z0时， =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， =-1， RL=0， SWR 。 开路：负载阻抗 ZL=， =1， RL=0 ， SWR 3.行驻波状态：当 ZLZ0时， 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 V Transmitted V

7、Incident 传输系数 T = V Transmitted V Incident DUT 插入损耗与增益 增益 (dB) = 20 Log V Trans V Inc = 20 log t 插入损耗 (dB) = - 20 Log V Trans V Inc = - 20 log t 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。 in radians in radia

8、ns/sec in degrees f in Hertz (w = 2 p f) f w f Group Delay (t ) g = -d f d w = -1 360 o d f d f * Frequency 群延时 平均延时 t o t g Phase f Df Frequency Dw w 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 Smith Chart 0 +R +jX -jX 复数阻抗平面，无法 表示开路 . -90 o 0 o 180 o + - .2 .4 .6 .8 1.0 90 o 0 Z = Zo L = 0 G Constant X

9、Constant R Smith chart G L Z = 0 = 18 180 O 1 (short) Z = L = 0 O 1 G (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

10、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 (Vector network)： 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、

11、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 S参数测量 S 11 = Reflected Incident = b 1 a 1 a 2 = 0 S 21 = Transmitted Incident = b 2 a 1 a 2 = 0 S 22 = Reflected Incident = b 2 a 2 a 1 = 0 S 12 = Transmitted Incident = b 1 a 2 a 1 = 0 Incident Transmitted S 21 S 11 Reflect

12、ed b 1 a 1 b 2 Z 0 Load a 2 = 0 DUT Forward Incident Transmitted S 12 S 22 Reflected b 2 a 2 b a 1 = 0 DUT Z 0 Load Reverse 1 Z0为系统特性阻抗，设置： CAL more CAL System Z0 Port 1 Port 2 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

13、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

14、 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 HP 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（ cen

15、ter、 span） -设置源功率大小（ menu-power- 0dBm-source on/off） -设置测量参数（测量点数、中频带宽） Chan 1-S11（ 或 S22） -Cal-Cal Kit-Select Cal Kit-Calibration menu- -S11 (或 S22) 1-Port -连接 Open、 Short、 Load于 Port 1(或 Port 2)端口 - Done 1-Port Cal-出现 Cor Chan 2-S21（ 或 S12） -Cal-Calibration menu-response -使用直通头 连接 -Thru -出现 Cor Di

16、splay dual-dual chan on 连接待测品 Scale-显示刻度 -显示位置 Marke 读数 -marke search -search Max 输出测量结果 Copy-Print monochrome 1、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 三、操作操作规范 2、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

17、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 10MHz3000MHz， 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 解释： 反射系数 1，回波

18、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。 3、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。 4、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

19、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。 4、对仪器进行保护 (续 ) 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 Port 2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。 5、合理设置参数进行测试 选择测

20、量 S参数、对应测量通道； 先设置仪器频率范围、源功率大小、系统中频带 宽、扫描点数和扫描类型； 设置系统阻抗为 50欧，测试面与校准面保持一致； 然后再使用标准的校准件对网络分析仪进行校准， 若在仪器校准后更改上述参数，则校准无效，需 重新进行校准 ； 在产品测试过程中出现异常，应立即停止使用仪 器，并通知相关人员进行检查处理 。 6、测试结果处理 Maker 读数 /限制线 判定 SAVE/Hard Copy 打印 例： 8714ET测试图形存盘 : Hard copy-select copy port-file gif或 file pcx -select -prior menu-star

21、t 8753D测试图形存盘 四、操作注意事项 仪器对静电很敏感，操作人员必须佩带 防静电手腕，身着防静电服 仪器要良好接地 ；待测产品在连接前良 好接地； 注意对校准件及连接接头的维护（使用 正确连接方法及清洁、检查），以免引入 测试误差 仪器四周，特别是散热口与其它物体须 保持 10cm距离来散热 操作注意事项（续） 为了保证仪器测量准确度，不接入待测产 品，在使用前预热半小时以上 在将网络分析仪与待测产品连接时，保证 先将待测产品接地，再接电源线及连接； 在产品测试完成后，先将仪器与待测品连 接断开，再断开电源连接，然后将地线与 待测品连接断开 操作注意事项（续） 为防止双工产品反向信号对

22、网络分析仪造成损坏， 在测试双工产品上行支路驻波比时必须断开其下行 电缆（断开测试口最近的双工器 TX连接电缆）， 测试下行支路驻波比时必须断开其上行电缆（断开 测试口最近的双工器 RX连接电缆）。且在测试前 断开，并接一负载屏蔽、匹配； 测试高增益的整机产品驻波比，一般网络分析仪源 输出功率置为 -30dBm， 既可满足要求（因低噪放 为主要影响），又不影响灵敏度 。 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：在测试最大输出功 率为 40dBm的产品时，可 仪器 Port 1与 Port 2口分 别串接 40dB的衰减器

23、。 当测试双工产品的选择性或带外抑制、增益等 使用 S21或 S12参数进行测试时，仪器输入输出均 需接合适的衰减器。 操作注意事项（续） 操作注意事项（续） 更改频率范围、扫描点数、输出功率、中频 带宽等均会使用校准无效或降低误差修正 校准状态确认； Cor 校准面与测试面保持一致，系统阻抗 50欧 测试反射特性时不可接隔离器 仪器操作注意事项（续） 若需使用 GPIB接口或打印机并口，须在仪器 开机之前接上 GPIB电缆或打印机，不可带电 插拔 GPIB电缆或打印机电缆 若仪器端口为 APC-7接头，须将外接 APC-7接 头外导体与仪器端口 APC-7接头相连旋紧，并 保持仪器端口 APC-7接头外导体松弛，否则导 致 APC-7接头损坏或连接松 仪器操作注意事项（续） 在焊接元器件、调试产品时，须将产品断 电，并将仪器与待测产品断开连接 ； 当发现待测产品出现自激时，应马上给产 品断电，将仪器与产品连接断开，并检查仪 器性能好坏，当排除自激后，才可再将仪器 接入测试； 要网络分析仪使用前后均需检查仪器状态 检查（仪器所有 S参数），并作记录； 五、仪器实际操作 （投影仪接网络分析仪视频接口）