網(wǎng)絡(luò)分析儀原理介紹ppt課件

1、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l高頻，為什么要功率測量？ l 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。l在低頻上，波長非常長，簡單的導(dǎo)線便適于傳導(dǎo)功率l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。l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RSRL對于復(fù)數(shù)阻抗，只有當(dāng) 負(fù)載阻抗與源

2、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 / RS00.20.40.60.811.2012345678910Load Power (normalized) RsRL+jX-jX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 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 Zs = ZoV反射波V入射波負(fù)載開路相位同相 (0o) , 短路相位為

3、反向(180o) 對于短路和開路二種情況，在傳輸線上都會(huì)建立駐波VreflStanding wave pattern Zs = ZoZL = 25 WVincl反射系數(shù)l回波損耗l駐波比l傳輸系數(shù)l增益/插入損耗l群延時(shí)l史密斯圓圖=ZL-ZOZL+OZ=VreflectedVincident=rFG當(dāng)ZL=Z0時(shí)， =0；當(dāng)ZL Z0時(shí)，01ZL為負(fù)載阻抗，Z0為傳輸線特性阻抗=rGReturn loss = -20 log(r),駐波比反射除了會(huì)使系統(tǒng)中各部件之Emax EminSWR = EmaxEmin=1 + r1 - r dB無反射無反射(ZL = Zo)r rRLVSWR01全反

4、射全反射(ZL = open, short)0 dB1=rGReturn loss = -20 log(r),Voltage Standing Wave RatioVSWR = EmaxEmin=1 + r1 - r=ZL-ZOZL+OZ反射系數(shù)=VreflectedVincident=rFG1 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)， =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；

5、 2.純駐波狀態(tài) 短路：負(fù)載阻抗ZL=0時(shí)，=-1， RL=0，SWR 。 開路：負(fù)載阻抗ZL=， =1， RL=0 ，SWR 3.行駐波狀態(tài)：當(dāng)ZLZ0時(shí)，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VTransmittedVIncident傳輸系數(shù) T=VTransmittedVIncidentDUT增益 (dB) = 20 Log VTrans VInc = 20 log t插入損耗 (dB) = - 20 Log VTrans VInc = - 20 log t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

6、絕對值傳輸系數(shù)的相位部分稱為插入相位 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。in radiansin radians/secin degreesf in Hertz (w = 2 p f)fwfGroup Delay (t )g =-d fd w=-1360od fd f*Frequency群延時(shí)平均延時(shí)totgPhasefDfFrequencyDwwl群延時(shí)波動(dòng)表示失真l平均延時(shí)代表信號通過被測器件的平均傳輸時(shí)間Smith Chart 0+R+jX-jX復(fù)數(shù)阻抗平面，無法表示開路.-90o0o18

7、0o+-.2.4.6.81.090o 0 0Z = ZoL= 0GConstant XConstant RSmith chartGLZ = 0=18180 O1(short) Z = L=0 O1G(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l網(wǎng)絡(luò)分析：l 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。l網(wǎng)絡(luò)分析儀：l 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

8、輸特性。l 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(huì)受到絕對功率和源功率隨頻率變化產(chǎn)生的影響。l檢查復(fù)雜RF系統(tǒng)各個(gè)組件特性l確保傳輸信號無失真l 線性失真：幅度、恒定群延時(shí)l 非線性失真：諧波、互調(diào)、壓縮l確保良好匹配，功率最大傳輸l網(wǎng)絡(luò)分析儀測試應(yīng)用：l 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l 有源：放大器、混頻器、取樣器等矢網(wǎng)(Vector network)：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)(Scalar network)

9、 ：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S11=ReflectedIncident=b1a1a2= 0S21=TransmittedIncident=b2a1a2= 0S22=ReflectedIncident=b2a2a1= 0S12=TransmittedIncident=b1a2a1= 0IncidentTransmittedS21S11Reflectedb1a1b2Z0Loada2= 0DUTForwardIncidentTransmittedS12S22Reflectedb2a2ba1= 0DUTZ0LoadReverse1Z0為系統(tǒng)

10、特性阻抗，設(shè)置：CAL more CAL System Z0Port 1Port 2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 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 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

11、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。 l誤差修正只對特定的激勵(lì)狀態(tài)有效。l當(dāng)更改儀器的以下設(shè)置，將使誤差修正無效或降低：l 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l誤差修正有效判斷：C 或C？或 Cor或Cor?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l傳輸特性測量 l S21參數(shù)或S12參數(shù),如測量插損、傳輸時(shí)延l反射特性測量l S11參數(shù)或S22參數(shù)，如測量駐波比、回波損耗

12、l單端口校準(zhǔn)l 反射誤差修正、傳輸誤差修正l雙端口校準(zhǔn)l 反射誤差修正+傳輸誤差修正l連接電纜，確定校準(zhǔn)面與待測試面保持一致）lPreset-設(shè)置頻率范圍center、span）-設(shè)置源功率大小menu-power-0dBm-source on/off）-設(shè)置測量參數(shù)測量點(diǎn)數(shù)、中頻帶寬）lChan 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)CorlChan 2-S21或S12）-Ca

13、l-Calibration menu-response -使用直通頭連接-Thru -出現(xiàn)CorlDisplay dual-dual chan onl連接待測品lScale-顯示刻度-顯示位置lMarke 讀數(shù)-marke search -search Maxl輸出測量結(jié)果 Copy-Print monochrome1、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)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

14、參數(shù)丈量，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 0l反射特性檢查：l 網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)置為S11參數(shù)或S22參數(shù)丈量，頻率為10MHz3000MHz，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范圍內(nèi)，則儀器反射特性正常 l 解釋：反射系數(shù) 1，回波損耗 0l 若網(wǎng)絡(luò)分析儀的傳輸特性和反射

15、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；l 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。 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。 l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）； l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)

16、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。 l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Port 2口分別串接1個(gè)40dB的衰減器）。l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。l選擇測量S參數(shù)、對應(yīng)測量通道；l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；l設(shè)置系統(tǒng)阻抗為50歐，測試面與校準(zhǔn)面保持一致；l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)

17、，則校準(zhǔn)無效，需重新進(jìn)行校準(zhǔn)；l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。 lMaker 讀數(shù)/限制線 斷定lSAVE/Hard Copyl打印l例：8714ET測試圖形存盤: Hard copy-select copy port-file gif或file pcx -select -prior menu-startl 8753D測試圖形存盤l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 l儀器要良好接地 ；待測產(chǎn)品在連接前良好接地；l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 l儀器四周，特別是散熱口與其它物體須

18、保持10cm距離來散熱 l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l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 l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)品上行支路駐波比時(shí)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(shí)必須斷開其上行電纜斷開測試口最近的雙工器RX連接電纜）。且在測試前斷開，并接一負(fù)載屏蔽、匹配；l測試高增益的整機(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。l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：在測試最大輸出功率為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。l 當(dāng)測試雙工產(chǎn)品的選擇性或帶外抑制、增益等使用S21或S12參數(shù)進(jìn)行測試時(shí)，儀器輸入輸出均需接合適的衰減器。l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l校準(zhǔn)狀態(tài)確認(rèn)；Corl校準(zhǔn)面與測試面保持一致，系