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1、网络分析仪操作基础R&S张超 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n n高频，为什么要功率测量？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，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。更易了解，更有用。n n在低频上，波长非常长，简单
2、的导线便适于传导功率在低频上，波长非常长，简单的导线便适于传导功率n n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，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。功率传输可认为是以行波方式进行。n n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因之一功率传输条件（续）RSRL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RL/RS00.20.40.60.811.2012345678910Load Power(normalized)当传输线的
3、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，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=ZoZoV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=ZoV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 WVreflStanding wave pattern Zs=ZoZL=25 WVinc
4、相关概念n n反射系数n n回波损耗n n驻波比n n传输系数n n增益/插入损耗n n群延时n n史密斯圆图反射系数 反射系数是反射信号功率与入射信号功率之比。=ZL-ZOZL+OZ=VreflectedVincident=rFG当ZL=Z0时，=0=0；当ZL Z0时，011ZL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=rGReturn 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
5、比，称为驻波比。描述负载匹配特性EmaxEminSWR =EmaxEmin=1+r1-r反射系数分析 dB无反射无反射(ZL=Zo)r rRLVSWR01全反射全反射(ZL=open,short)0 dB1=rGReturn loss=-20 log(r),Voltage Standing Wave RatioVSWR =EmaxEmin=1+r1-r=ZL-ZOZL+OZ反射系数=VreflectedVincident=rFG传输线三种状态1 1 匹配工作状态（行波工作状态）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，即负载阻抗等于传输线的特性阻抗，即Z ZL L=Z=Z0 0
6、时，时，=0=0，RLRL，SWR=1SWR=1。传输线就处于匹配工作状态。传输线就处于匹配工作状态。特征：特征：n n 沿线只有入射的行波而没有反射波；入射的能量全为负载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；所吸收，故传输效率最高；沿线上任意点的输入阻抗等于线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；的特性阻抗而与离负载距离无关；n n 沿线电压和电流的振幅值不变；沿线电压和电流的振幅值不变；传输线三种状态2.2.纯驻波状态纯驻波状态 短路：负载阻抗短路：负载阻抗Z ZL L=0=0时，时，=-1=-1，RL=0RL=0，SWRSWR。开路
7、：负载阻抗开路：负载阻抗Z ZL L=，=1=1，RL=0RL=0，SWRSWR3.3.行驻波状态：当行驻波状态：当Z ZL LZZ0 0时，时，1,1,传输线上为传输线上为“部分部分 行波行波”状态，状态，“部分反射部分反射”状态，此时负状态，此时负 载载失配，导致传输线上出现部分驻波失配，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VTransmittedVIncident传输系数 T=VTransmittedVIncidentDUT插入损耗与增益增益 (dB)=20 Log VTrans VInc =20 log t插入损耗(dB)=-20 Log VTrans VInc =
8、-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 radiansin radians/secin degreesf in Hertz (w=2 p f)fwfGroup Delay(t )g=-d fd w=-1360od fd f*Frequency群延时平均延时totgPhasefDfFrequencyDwwl群延时波动表示失真l平均延时代表信号通过被测器件的
9、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.-90o0o180o+-.2.4.6.81.090o 0 0Z =ZoL=0GConstant XConstant RSmith chartGLZ =0=18180 O1(short)Z =L=0 O1G(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n n网络分析：网络分析：是通过测量网络输入端和输出端对频率扫描和是通过测量网络输入端和输出端对频率扫描和功率
10、扫描测试信号的幅度与相位的影响，来精确表征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。线性系统特性的一种方法。n n网络分析仪：网络分析仪：网络分析仪能精确地测量入射波、反射波、传输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。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。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n n检查复杂RF系统各个
11、组件特性n n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n n确保良好匹配，功率最大传输n n网络分析仪测试应用：无源：无源：双工器、功分器、耦合器、合路器、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、滤波器、隔离器、环行器、衰减器、天线、适配器、电缆、波导、传输线等电缆、波导、传输线等有源：放大器、混频器、取样器等有源：放大器、混频器、取样器等网络分析仪分类矢网(Vectornetwork)：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、复数阻抗等标网(Scalar
12、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S11=ReflectedIncident=b1a1a2=0S21=TransmittedIncident=b2a1a2=0S22=ReflectedIncident=b2a2a1=0S12=TransmittedIncident=b1a2a1=0IncidentTransmittedS21S11Reflectedb1a1b2Z0Loada2=0DUTForwardIncidentTransmittedS12S22Reflectedb2a2ba1=0DUTZ0LoadReverse
13、1Z0为系统特性阻抗，设置：CAL more CAL System Z0Port 1Port 2测试误差分析测量系统存在误差：n n系统误差：是由测试设备和测量装置的不完善所引起n n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。n n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：n n与信号泄漏有关的方向误差和串扰误差n n与反射有关的源失匹配和负载阻抗失配；n n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
14、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）n n误差修正只对特定的激励状态有效。n n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n n误差修正有效判断：C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）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）传输特性校准（常用校准件
15、：直通连接器）n n双端口校准：能消除所有主要的系统误差源小结n n传输特性测量S21参数或S12参数,如测量插损、传输时延n n反射特性测量S11参数或S22参数，如测量驻波比、回波损耗n n单端口校准反射误差修正、传输误差修正n n双端口校准反射误差修正+传输误差修正基本测量实例 以以HP 8753DHP 8753D为例为例n n连接电缆，确定校准面（与待测试面保持一致）连接电缆，确定校准面（与待测试面保持一致）n nPreset-Preset-设置频率范围（设置频率范围（centercenter、spanspan）-设置源功率大小（设置源功率大小（menu-menu-power-0dBm
16、-sourceon/off-power-0dBm-sourceon/off）-设置测量参数（测量点数、中设置测量参数（测量点数、中频带宽）频带宽）n nChan1-S11Chan1-S11（或（或S22S22）-Cal-CalKit-SelectCalKit-Cal-CalKit-SelectCalKit-Calibrationmenu-S11(Calibrationmenu-S11(或或S22)1-Port-S22)1-Port-连接连接OpenOpen、ShortShort、LoadLoad于于Port1(Port1(或或Port2)Port2)端口端口-Done1-PortCal-Don
17、e1-PortCal-出现出现CorCorn nChan2-S21Chan2-S21（或（或S12S12）-Cal-Calibrationmenu-response-Cal-Calibrationmenu-response-使用使用直通头连接直通头连接-Thru-Thru-出现出现CorCorn nDisplaydual-dualchanonDisplaydual-dualchanonn n连接待测品连接待测品n nScale-Scale-显示刻度显示刻度-显示位置显示位置n nMarkeMarke 读数读数-markemarkesearch-searchMaxsearch-searchMax
18、n n输出测量结果输出测量结果Copy-PrintmonochromeCopy-Printmonochrome1、仪器通电前检查及要求n n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n n确保仪器良好接地n n操作人员佩带防静电腕带，身着防静电服n n接打印机三、操作操作规范2、测试产品前仪器检查n n传输特性检查：将网络分析仪将网络分析仪复位后复位后，用用一根低损耗的电，用用一根低损耗的电缆将仪器二端口连接，网络分析仪设置为缆将仪器二端口连接，网络分析仪设置为S21S21参数参数（或（或S12S12参数）测量，频率为参数）测量，频率为全频段全频段，源电
19、平输出源电平输出0dBm0dBm，测试其在全频段范围内传输损耗值，若其测试其在全频段范围内传输损耗值，若其损耗值损耗值1dB1dB，则仪器传输特性正常则仪器传输特性正常（注不可直注不可直通校准通校准,无无C C或或CorCor标识标识）解释解释：传输系数1，插损0n n反射特性检查：反射特性检查：网络分析仪设置为网络分析仪设置为S11S11参数（或参数（或S22S22参数）参数）测量，频率为测量，频率为10MHz3000MHz10MHz3000MHz，源电平输出源电平输出0dBm0dBm。在仪器在仪器Port1Port1口（或口（或Port2Port2口）接一标准负口）接一标准负载测试其回波损
20、耗，若回波损耗载测试其回波损耗，若回波损耗-30dB-30dB，则仪器反则仪器反射特性正常；或将仪器射特性正常；或将仪器Port1Port1口（或口（或Port2Port2口）空接，口）空接，观察其回波损耗值（开路、反射系数为观察其回波损耗值（开路、反射系数为1 1），若回波），若回波损耗在损耗在1dB1dB范围内，则仪器反射特性正常范围内，则仪器反射特性正常 解释：解释：反射系数1，回波损耗0检查结果处理n n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；n n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
21、仪器。3、校准件及配件检查、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 n n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，测试下行支路驻波比时断开其上行电缆（在测试前断开双工器上电缆）；n n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
22、功率衰减器，并串接负载。4、对仪器进行保护(续)n n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Port2口分别串接1个40dB的衰减器）。n n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n n选择测量选择测量S S参数、对应测量通道；参数、对应测量通道；n n先设置仪器频率范围、源功率大小、系统中频带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；宽、扫描点数和扫描类型；n n设置系统阻抗为设置系统阻抗为5050欧，测试面与校
23、准面保持一欧，测试面与校准面保持一致；致；n n然后再使用标准的校准件对网络分析仪进行校准，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，需重新进行校准重新进行校准；n n在产品测试过程中出现异常，应立即停止使用仪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器，并通知相关人员进行检查处理。6、测试结果处理n nMaker读数/限制线判定n nSAVE/HardCopyn n打印例：8714ET测试图形存盘:Hardcopy-selectcopyport-filegifHardcopy-s
24、electcopyport-filegif或或filefilepcxpcx-select-prior-select-priormenu-startmenu-start8753D测试图形存盘四、操作注意事项n n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n n仪器要良好接地；待测产品在连接前良好接地；n n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n n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）n n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n n在将网络分析仪与待测产品连接时，保证先将待测产
25、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）n n为防止双工产品反向信号对网络分析仪造成损坏，为防止双工产品反向信号对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电缆（断开测试口最近的双工器TXTX连接电缆），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测试口最近的双工器RXRX连接电缆）。且在测试前连接电缆）。且在测试前断开，并接一负载屏蔽、匹
26、配；断开，并接一负载屏蔽、匹配；n n测试高增益的整机产品驻波比，一般网络分析仪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源输出功率置为-30dBm-30dBm，既可满足要求（因低噪既可满足要求（因低噪放为主要影响），又不影响灵敏度放为主要影响），又不影响灵敏度。n n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Port1与Port2口分别串接40dB的衰减器。n n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。
27、操作注意事项（续）操作注意事项（续）n n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n n校准状态确认；Corn n校准面与测试面保持一致，系统阻抗50欧n n测试反射特性时不可接隔离器仪器操作注意事项（续）n n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n n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）n n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；n n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；n n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；