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第五讲,,网络分析仪原理、误差校准和实战经验Q/A

中心议题:
  • 网络分析仪的结构和原理
  • 网络分析仪的误差和校准
  • 网络分析仪的使用
  • 网络分析仪实战经验Q/A

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网络分析仪是通过正弦扫描测量获得线性网络的传递函数以及阻抗函数的仪器,它通过测定网络的反射参数和传输参数,从而对网络中元器件特性的全部参数进行全面描述,广泛地应用于分析各种不同部件、材料、电路、设备和系统,如手机3G信号、RF产品测试等,是优化模拟电路设计和调试检测电子元器件不可缺少的测量仪器。本讲剖析网络分析仪的结构和原理,深入解析网络分析仪的误差和校准,介绍网络分析仪的使用工序,并分享网络分析仪的实战经验,以帮助微波电路设计和测试工程师解决实际测量问题。

网络分析仪可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和单口网络的复数散射参数,并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。自动网络分析仪能对测量结果逐点进行误差修正,并换算出其他几十种网络参数,如输入反射系数、输出反射系数、电压驻波比、阻抗(或导纳)、衰减(或增益)、相移和群延时等传输参数以及隔离度和定向度等。

网络分析仪分为标量网络分析仪和矢量网络分析仪。标量网络分析仪只测量线性系统的幅度信息;矢量网络分析仪可同时进行幅度传输特性和相位特性测量。以下是网络分析仪的原理介绍。

网络分析仪的结构和原理

网络分析仪能够完成反射、传输两种基本测量,从而确定几乎所有的网络特性,S参数是其中最基本的特性。

基本的网络分析仪主要由信号源、信号分离装置、接收机和处理显示单元组成(如图1所示)。
图1 网络分析仪系统组成
图1 网络分析仪系统组成

信号源:向被测网络提供入射信号或激励,具备频率和功率扫描功能。

信号分离装置:包括功分器(提供参考信号)、定向耦合器、电桥,其中定向耦合器用于器件反射性能测试,定向耦合器连接端点是反射特性测试点

接收机:接收机噪声电平小,网络分析测试动态范围大;接受机噪声电平高,网络分析测试动态范围小。接收器针对不同的特性要求也有不同的结构,可被看作是带有下变频器、中频滤波器以及矢量检测器的窄带接收机,类似于矢量信号分析仪。它们可以提取出信号的实、虚部,用于计算幅值和相位信息。此外,所有接收器都与信号源使用相同的相位参考,可以在相同的相位参考下计算接收信号与入射信号的相位关系。

处理显示单元:包括标识读取测试结果、极限判断、显示比例和标识、文件处理等。

信号源通过信号分离模块馈入DUT输入端,信号分离模块可看作一个测试装置。在这里,将反射信号和传输信号分离进不同的组件测量。对于每一个频点,处理器测量信号并计算参数值(例如S21或驻波比)。然后再进行用户校准,对提供数据的错误校正,在显示器上查看参数以及修正后的数值,并使用其它用户功能,比如缩放波形图。
图2 网络分析仪测试信号流程
图2 网络分析仪测试信号流程123下一页> 关键字:网络分析仪 网络分析仪原理 网络分析仪使用  本文链接:http://www.cntronics.com/public/art/artinfo/id/80011498 分享到:

网络分析仪的基本结构绝大部分在测试装置中实现。一旦分析仪测量出入射信号(R参考接收器)和传输信号的幅值和相位,或者是反射信号(A和B接收器)的幅 值和相位,就可计算出四个S-参数值,如图3所示。
图3
图3

关于网络分析仪详细的原理介绍,请查看
网络分析仪的原理详解
http://www.cntronics.com/public/art/artinfo/id/80011487

网络分析仪的误差和校准

网络分析仪测量误差包括系统误差、随机误差和飘移误差。如图4所示。
图4
图4
一个完整的网络分析仪正向不确定性的来源包括:传输和反射追踪;负载和源匹配;定向性和隔离,这些再结合反向6个误差项,共有12误差项。用户校准需要充分考虑这12个误差,以便得到适当的修正系数来用到测量数据当中。这项修正是矢量网络分析仪的显著的精度的主要原因。

网络分析仪的校准通常通过一个网络分析仪的套包的一系列校准标准或者是用户制定,用户定义的标准来完成。一系列的修正参数通过比较已经知道的存储在网络分析仪的数据和根据校准标准所产生的测量数据产生了出来。在校准测试中这些就被用在数据中以补偿错误源。

而网络分析仪的校准分为频响校准和矢量校准,其中频响校准又称为归一化处理,比较简单,但是只能消除跟踪误差(频响误差);而矢量校准则需要更多校准件,可消除更多误差项目,但是要求矢量测试能力。

三个系列的校准经常用在网络分析仪的校准当中:

1. 短路的,开路的,负荷的,直达的(SOLT)
2. 直达的,反射的,线性的 (TRL)
3. 使用外部自动化的校准模型的自动校准

由于每一个系列的校准都有很多不同的要求,需要根据DUT,测试系统,以及测试要求来决定使用哪一种方法。网络分析仪的校准是其使用的一个步骤,下面介绍网络分析仪使用的完整步骤。

网络分析仪的使用

网络分析仪的使用步骤包括:准备、操作、校准和执行。

准备
准备网络分析仪和DUT
• 清洁,检查和测量所有连接器
• 如果使用SOLT校准,选择一种处理非插入式连接的方法
• 连接分析仪的电缆和适配器到分析仪上<上一页123下一页> 关键字:网络分析仪 网络分析仪原理 网络分析仪使用  本文链接:http://www.cntronics.com/public/art/artinfo/id/80011498?page=2 分享到:

操作
• 预调网络分析仪
• 设定源参数,包括频率,功率,速度系数和IF带宽
• 连接DUT,验证安装,电缆,适配器和运行
• 选择S-参数测量和显示格式
• 若可以,设定特殊的测量目标,如参考平面的扩展
• 观察响应
• 移除DUT

校准
• 选择适当的校准工具包或定义输入校准标准
• 设置IF带宽并平均以最小化校准期间的噪声
• 手动校正或使用自动校准
• 采用熟知的核查标准验证校准质量
• 保存仪器状态和校准

执行
• 连接DUT
• 从校准步骤中得到合适的校正参数
• 测量并保存DUT参数

网络分析仪在正确使用的前提下,是某些最精确的射频仪器,典型的精度为± 0.1 dB和±0.1度。它可以进行精确,可重复的RF测量。现代网络分析仪提供的配置和测量能力像他们应用范围一样广泛。选择合适的仪器,校准,功能,以及采用可靠的RF测量方法,可以最优化你的网络分析仪的结果。

关于网络分析仪详细的应用介绍,请查看
网络分析仪的误差、校准和应用
http://www.cntronics.com/public/art/artinfo/id/80011488
网络分析仪测天线S参数应用实例
http://www.cntronics.com/public/art/artinfo/id/80011489

网络分析仪实战经验Q/A

1如何使用矢量网络分析仪测量天线的驻波比?
(天线连接有一根50欧的同轴电缆,应使用网分的哪一个端口去接天线的馈线输入端?怎样设置网分的测量功能?)

答:
1、打开网络分析仪,然后按下‘PRESET’键,准备进行设置。
2、设置监视的频率范围:按下‘FREQ’键,按下‘CENTER’软键,使用数字键输入扫频段的中心频率,例如144,然后按下‘MHz’软键。
3、按下‘SPAN’软键,输入测量带宽,使用数字键输入‘10’,然后按下‘MHz’软键。
4、选择测量端口:按下‘CHAN 1’键,然后再按下‘TRANSMISSION’软键。
5、选择测量类型:按下‘FORMAT’键,然后从菜单选择‘SWR’。
6、按下‘REFERENCE POSITION’软键,在屏幕菜单上选择‘9’,然后按下‘ENTER’软键。
7、设置测量标记为113MHz和115MHz:按下‘MARKER’键,然后在屏幕菜单上输入‘1’。使用数字键盘输入‘113’,然后按下‘MHz’软键。然后在屏幕菜单上输入‘2’。使用数字键盘输入‘115’,然后按下‘MHz’软键。
8、在‘REFLECTION’菜单下,按下‘CAL’,然后选择‘ONE PORT’。
9、在网络分析仪的RF OUT端,安装开路校准设备。
10、按下‘MEASURE STANDARD’,等一会儿,直到出现‘CONNECT SHORT’为止。
11、在网络分析仪的RF OUT端,安装短路校准设备,按下‘MEASURE STANDARD’,等一会儿,直到出现‘CONNECT OPEN’为止。
12、在网络分析仪的RF OUT端,安装50Ω的终端电阻,按下‘LOAD’,等一会儿,直到出现‘CONNECT LOAD’为止。
13、将天线电缆连接到在网络分析仪的RF的输出端。
14、在网络分析仪上,按下‘MARKER’,显示测量标记。
15、在‘REFLECTION’菜单下,按下‘MEAS’,即可显示出天线在144MHz的驻波比。

2矢量网络分析仪技术指标:技术指标上的中频带宽、反射跟踪、传输跟踪、有效方向性、有效源匹配、有效负载匹配,这些都是什么意思?

答:
中频带宽:信号是分频段的,这是指在中间频段上仪器允许同时通过的频率范围;
反射跟踪:是指对反射信号的跟踪能力;
传输跟踪:是指对传输信号的跟踪能力;
有效方向性:一般是指无线信号的接收方向控制;
有效源匹配:指能够分析的信息源;
有效负载匹配:是指分析时较为合理的负载值,负载不匹配时接收信号会很弱。

3网络分析仪上的S参数是什么意思呢?

答:S 参数(散射参数)用于评估 DUT 反射信号和传送信号的性能。S 参数由两个复数之比定义,它包含有关信号的幅度和相位的信息。如图所示S 参数通常表示为:

S输出 输入
输出:输出信号的 DUT 端口号
输入:输入信号的 DUT 端口号
例如,S 参数 S21 是 DUT 上端口 2 的输出信号与 DUT 上端口 1 的输入信号之比,输出信号和输入信号都用复数表示。

当启动平衡-不平衡转换功能时,可以选择混合模 S 参数。
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