網(wǎng)絡(luò)分析儀操作基礎(chǔ)-射頻工程師培訓(xùn),天線工程師培

1、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(shí)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用操作規(guī)范及測(cè)試注意事項(xiàng)實(shí)際操作,光波同射頻信號(hào),網(wǎng)絡(luò)分析儀能精確測(cè)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(hào),入射功率,反射功率,傳輸功率,一、網(wǎng)絡(luò)分析基礎(chǔ)知識(shí),功率傳輸條件,高頻，為什么要功率測(cè)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(shù)值。在射頻和微波頻率，作為基本量的功率更容易測(cè)量，更易了解，更有用。在低頻上，波長(zhǎng)非常長(zhǎng)，簡(jiǎn)單的導(dǎo)線便適于傳導(dǎo)功率在較高頻率上，波長(zhǎng)與高頻電路中導(dǎo)體的長(zhǎng)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,功率傳輸條件（續(xù)）,,對(duì)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 / RS,當(dāng)傳輸線的終端負(fù)載等于其特性阻抗時(shí)，傳輸

3、的功率最大;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(hào)將被反射回信號(hào)源.,我們希望傳輸線無損耗傳輸信號(hào)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,當(dāng)傳輸線終端為Z0時(shí),,iv,,,,,,Zs = Zo,Zo,,V反射波= 0(所有輸入功率被負(fù)載吸收),,Zo =傳輸線特性阻抗,當(dāng)傳輸線終端為短路與開路時(shí),,,,,,,,,Zs = Zo,V反射波,,負(fù)載開路相位同相 (0o) ,

4、 短路相位為反向(180o),,,,對(duì)于短路和開路二種情況，在傳輸線上都會(huì)建立駐波,當(dāng)傳輸線終端為25 W,,,Vrefl,,Standing wave pattern,,,,Zs = Zo,ZL = 25 W,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,反射系數(shù)Γ 反射系數(shù)是反射信號(hào)功率與入射信號(hào)功率之比。,,當(dāng)ZL=Z0時(shí)， ρ=0；當(dāng)ZL≠ Z0時(shí)，0＜ρ≤1,ZL為負(fù)載阻抗

5、，Z0為傳輸線特性阻抗,回波損耗 反射信號(hào)低于入射信號(hào)的dB數(shù)，是用對(duì)數(shù)表示反射系數(shù)的幅度特性的一種方法,,駐波比 反射除了會(huì)使系統(tǒng)中各部件之間傳輸?shù)淖罴压β蕼p少之外，還會(huì)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(hào)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,,反射系數(shù)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(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

7、離負(fù)載距離無關(guān)； 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(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,傳輸系數(shù) 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(duì)值大于入射電壓的絕對(duì)值插入損耗：傳輸電壓的絕對(duì)值小于入射電壓的絕對(duì)值,,傳輸系數(shù)的相位部分稱為插入相位,群延時(shí),,是相位失真的一個(gè)有用的度量。是信號(hào)通過被測(cè)器件的傳輸時(shí)間隨頻率變化的量度。群時(shí)延可以由對(duì)被測(cè)器件的相位響應(yīng)隨時(shí)間的變化取微分進(jìn)行計(jì)算。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Frequency,群延時(shí),平均延時(shí),,,,,,,t,o,,,,,,,,,,,,,Phase,f,Df,Frequency,,,,,,

9、,Dw,w,群延時(shí)波動(dòng)表示失真平均延時(shí)代表信號(hào)通過被測(cè)器件的平均傳輸時(shí)間,史密斯圓圖,,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,二、網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)分析儀簡(jiǎn)介,網(wǎng)絡(luò)分析： 是通過測(cè)量網(wǎng)絡(luò)輸入端和輸出端對(duì)頻率掃描和功率掃描測(cè)試信號(hào)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：

10、 網(wǎng)絡(luò)分析儀能精確地測(cè)量入射波、反射波、傳輸波中的幅度和相位信息，通過比值測(cè)量法定量描述被測(cè)器件的反射和傳輸特性。 比值測(cè)量法可以使我們?cè)谶M(jìn)行反射和傳輸測(cè)量時(shí)不會(huì)受到絕對(duì)功率和源功率隨頻率變化產(chǎn)生的影響。,測(cè)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(hào)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(cè)試應(yīng)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(dǎo)、傳輸線等 有源：放大器、混頻器、取樣器等,網(wǎng)絡(luò)分析儀分類,矢網(wǎng)(Vector network)：能測(cè)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)(Scalar network) ：只能測(cè)量S參數(shù)的幅度部分，測(cè)量結(jié)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(shù)測(cè)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(shè)置：CAL

13、 more CAL System Z0,,,Port 1,Port 2,測(cè)試誤差分析,測(cè)量系統(tǒng)存在誤差：系統(tǒng)誤差： 是由測(cè)試設(shè)備和測(cè)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,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(hào)泄漏有關(guān)的方向誤差和串?dāng)_誤

14、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,誤差修正,網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量準(zhǔn)確度受外部因素的影響較大。誤差修正是提高測(cè)量準(zhǔn)確度的過程。 誤差修正是對(duì)已知校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，將這些測(cè)量結(jié)果貯存到分析儀的存儲(chǔ)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(cè)量中去除系統(tǒng)誤差的影響。,誤差修正（續(xù)）,誤差修正只對(duì)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

15、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?,校準(zhǔn),單端口校準(zhǔn)：?jiǎn)味丝谛?zhǔn)能測(cè)量并消除反射測(cè)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,小結(jié),傳輸特性測(cè)量 S21參數(shù)或S12參數(shù),如測(cè)

16、量插損、傳輸時(shí)延反射特性測(cè)量 S11參數(shù)或S22參數(shù)，如測(cè)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,基本測(cè)量實(shí)例 以HP 8753D為例,連接電纜，確定校準(zhǔn)面（與待測(cè)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---source on/of

17、f）---設(shè)置測(cè)量參數(shù)（測(cè)量點(diǎn)數(shù)、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(xiàn)CorChan 2---S21（或S12）---Cal---Calibrat

18、ion menu---response ---使用直通頭連接---Thru ---出現(xiàn)CorDisplay dual---dual chan on連接待測(cè)品Scale---顯示刻度---顯示位置Marke 讀數(shù)---marke search ---search Max輸出測(cè)量結(jié)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(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,2、測(cè)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(cè)量，頻率為全頻段，源電平輸出0dBm，測(cè)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(shí)）

20、 解釋 ：傳輸系數(shù) 1，插損 0,,,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(cè)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(biāo)準(zhǔn)負(fù)載測(cè)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Port 1口（或Port 2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

21、內(nèi)，則儀器反射特性正常 解釋：反射系數(shù) 1，回波損耗 0,,,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?jī)x校室人員對(duì)儀器進(jìn)行檢查分析，并停止使用儀器。,3、校準(zhǔn)件及配件檢查,網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試準(zhǔn)確度受外界因素影響較大，在測(cè)試前需要對(duì)校準(zhǔn)套件、測(cè)試電纜、接頭、連接器等進(jìn)行檢查 。

22、 檢查對(duì)象主要為校準(zhǔn)負(fù)載和測(cè)試電纜?？芍苯咏佑诰W(wǎng)絡(luò)分析儀的端口對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，或使用Smith圓圖進(jìn)行性能檢查。,4、對(duì)儀器進(jìn)行保護(hù),為防止雙工產(chǎn)品反向信號(hào)對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀造成損壞，必須在測(cè)試雙工產(chǎn)品上行支路駐波比時(shí)斷開其下行電纜，測(cè)試下行支路駐波比時(shí)斷開其上行電纜（在測(cè)試前斷開雙工器上電纜）； 在測(cè)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(hào)串撓或泄露造成產(chǎn)品自激。當(dāng)測(cè)試產(chǎn)品輸出功率超過5W時(shí)，

23、需在輸出端接一大功率衰減器，并串接負(fù)載。,4、對(duì)儀器進(jìn)行保護(hù)(續(xù)),當(dāng)測(cè)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(duì)時(shí)延影響非常小，只有幾納秒。例如測(cè)試ALC功率為40dBm的產(chǎn)品，可在儀器Port1和Port 2口分別串接1個(gè)40dB的衰減器）。在將待測(cè)產(chǎn)品與儀器連接之前，先將待測(cè)產(chǎn)品可靠接地。,5、合理設(shè)置參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,選擇測(cè)量S參數(shù)、對(duì)應(yīng)測(cè)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)

24、和掃描類型；設(shè)置系統(tǒng)阻抗為50歐，測(cè)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(duì)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(cè)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。,6、測(cè)試結(jié)果處理,Maker 讀數(shù)/限制線 判定SAVE/Hard Copy打印例：8714ET測(cè)試圖形存盤: Hard copy--se

25、lect copy port--file gif或file pcx ---select ---prior menu---start 8753D測(cè)試圖形存盤,四、操作注意事項(xiàng),儀器對(duì)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(cè)產(chǎn)品在連接前良好接地；注意對(duì)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(cè)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(xiàng)（續(xù)）,為了保證儀器測(cè)量準(zhǔn)確度，不接入待測(cè)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(cè)產(chǎn)品連接時(shí)，保證先將待測(cè)產(chǎn)品接地，再接電源線及連接；在產(chǎn)品測(cè)試完成后，先將儀器與待測(cè)品連接斷開，再斷開電源連接，然后將地線與待測(cè)品連接斷開,操作注意事項(xiàng)（續(xù)）,為防止雙工產(chǎn)品反向信號(hào)對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀造成損壞，在測(cè)試雙工產(chǎn)品上行支路駐波比時(shí)必須斷開其下行電纜（斷開測(cè)試口最近的雙工器TX連接電纜），測(cè)試下行支路駐波比時(shí)必須斷開其上行電纜（斷開測(cè)

27、試口最近的雙工器RX連接電纜）。且在測(cè)試前斷開，并接一負(fù)載屏蔽、匹配；測(cè)試高增益的整機(jī)產(chǎn)品駐波比，一般網(wǎng)絡(luò)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(dāng)測(cè)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(duì)時(shí)延影響非常小，只有幾納秒.例如：在測(cè)試最大輸出功率為40dBm的產(chǎn)品時(shí)，可儀器Port 1與Port 2口分別串接40dB的衰減器。 當(dāng)測(cè)試雙工產(chǎn)品的選擇性或帶外抑制

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

29、-7接頭，須將外接APC-7接頭外導(dǎo)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(dǎo)體松弛，否則導(dǎo)致APC-7接頭損壞或連接松,儀器操作注意事項(xiàng)（續(xù)）,在焊接元器件、調(diào)試產(chǎn)品時(shí)，須將產(chǎn)品斷電，并將儀器與待測(cè)產(chǎn)品斷開連接 ；當(dāng)發(fā)現(xiàn)待測(cè)產(chǎn)品出現(xiàn)自激時(shí)，應(yīng)馬上給產(chǎn)品斷電，將儀器與產(chǎn)品連接斷開，并檢查儀器性能好壞，當(dāng)排除自激后，才可再將儀器接入測(cè)試； 要網(wǎng)絡(luò)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(shù)），并作記錄；