- 網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu)和原理
- 網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差和校準(zhǔn)
- 網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用
- 網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)Q/A
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網(wǎng)絡(luò)分析儀是通過正弦掃描測量獲得線性網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)以及阻抗函數(shù)的儀器,它通過測定網(wǎng)絡(luò)的反射參數(shù)和傳輸參數(shù),從而對網(wǎng)絡(luò)中元器件特性的全部參數(shù)進(jìn)行全面描述,廣泛地應(yīng)用于分析各種不同部件、材料、電路、設(shè)備和系統(tǒng),如手機(jī)3G信號、RF產(chǎn)品測試等,是優(yōu)化模擬電路設(shè)計(jì)和調(diào)試檢測電子元器件不可缺少的測量儀器。本講剖析網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu)和原理,深入解析網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差和校準(zhǔn),介紹網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用工序,并分享網(wǎng)絡(luò)分析儀的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),以幫助微波電路設(shè)計(jì)和測試工程師解決實(shí)際測量問題。
網(wǎng)絡(luò)分析儀可直接測量有源或無源、可逆或不可逆的雙口和單口網(wǎng)絡(luò)的復(fù)數(shù)散射參數(shù),并以掃頻方式給出各散射參數(shù)的幅度、相位頻率特性。自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀能對測量結(jié)果逐點(diǎn)進(jìn)行誤差修正,并換算出其他幾十種網(wǎng)絡(luò)參數(shù),如輸入反射系數(shù)、輸出反射系數(shù)、電壓駐波比、阻抗(或?qū)Ъ{)、衰減(或增益)、相移和群延時(shí)等傳輸參數(shù)以及隔離度和定向度等。
網(wǎng)絡(luò)分析儀分為標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀只測量線性系統(tǒng)的幅度信息;矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可同時(shí)進(jìn)行幅度傳輸特性和相位特性測量。以下是網(wǎng)絡(luò)分析儀的原理介紹。
網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu)和原理
網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠完成反射、傳輸兩種基本測量,從而確定幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)特性,S參數(shù)是其中最基本的特性。
基本的網(wǎng)絡(luò)分析儀主要由信號源、信號分離裝置、接收機(jī)和處理顯示單元組成(如圖1所示)。
圖1 網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)組成
信號源:向被測網(wǎng)絡(luò)提供入射信號或激勵(lì),具備頻率和功率掃描功能。
信號分離裝置:包括功分器(提供參考信號)、定向耦合器、電橋,其中定向耦合器用于器件反射性能測試,定向耦合器連接端點(diǎn)是反射特性測試點(diǎn)
接收機(jī):接收機(jī)噪聲電平小,網(wǎng)絡(luò)分析測試動(dòng)態(tài)范圍大;接受機(jī)噪聲電平高,網(wǎng)絡(luò)分析測試動(dòng)態(tài)范圍小。接收器針對不同的特性要求也有不同的結(jié)構(gòu),可被看作是帶有下變頻器、中頻濾波器以及矢量檢測器的窄帶接收機(jī),類似于矢量信號分析儀。它們可以提取出信號的實(shí)、虛部,用于計(jì)算幅值和相位信息。此外,所有接收器都與信號源使用相同的相位參考,可以在相同的相位參考下計(jì)算接收信號與入射信號的相位關(guān)系。
處理顯示單元:包括標(biāo)識讀取測試結(jié)果、極限判斷、顯示比例和標(biāo)識、文件處理等。
信號源通過信號分離模塊饋入DUT輸入端,信號分離模塊可看作一個(gè)測試裝置。在這里,將反射信號和傳輸信號分離進(jìn)不同的組件測量。對于每一個(gè)頻點(diǎn),處理器測量信號并計(jì)算參數(shù)值(例如S21或駐波比)。然后再進(jìn)行用戶校準(zhǔn),對提供數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤校正,在顯示器上查看參數(shù)以及修正后的數(shù)值,并使用其它用戶功能,比如縮放波形圖。
圖2 網(wǎng)絡(luò)分析儀測試信號流程[page]
網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本結(jié)構(gòu)絕大部分在測試裝置中實(shí)現(xiàn)。一旦分析儀測量出入射信號(R參考接收器)和傳輸信號的幅值和相位,或者是反射信號(A和B接收器)的幅 值和相位,就可計(jì)算出四個(gè)S-參數(shù)值,如圖3所示。
圖3
關(guān)于網(wǎng)絡(luò)分析儀詳細(xì)的原理介紹,請查看
網(wǎng)絡(luò)分析儀的原理詳解
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網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差和校準(zhǔn)
網(wǎng)絡(luò)分析儀測量誤差包括系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和飄移誤差。如圖4所示。
圖4
一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)分析儀正向不確定性的來源包括:傳輸和反射追蹤;負(fù)載和源匹配;定向性和隔離,這些再結(jié)合反向6個(gè)誤差項(xiàng),共有12誤差項(xiàng)。用戶校準(zhǔn)需要充分考慮這12個(gè)誤差,以便得到適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)來用到測量數(shù)據(jù)當(dāng)中。這項(xiàng)修正是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的顯著的精度的主要原因。
網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)通常通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析儀的套包的一系列校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)或者是用戶制定,用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)來完成。一系列的修正參數(shù)通過比較已經(jīng)知道的存儲在網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)和根據(jù)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生了出來。在校準(zhǔn)測試中這些就被用在數(shù)據(jù)中以補(bǔ)償錯(cuò)誤源。
而網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)分為頻響校準(zhǔn)和矢量校準(zhǔn),其中頻響校準(zhǔn)又稱為歸一化處理,比較簡單,但是只能消除跟蹤誤差(頻響誤差);而矢量校準(zhǔn)則需要更多校準(zhǔn)件,可消除更多誤差項(xiàng)目,但是要求矢量測試能力。
三個(gè)系列的校準(zhǔn)經(jīng)常用在網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)當(dāng)中:
1. 短路的,開路的,負(fù)荷的,直達(dá)的(SOLT)
2. 直達(dá)的,反射的,線性的 (TRL)
3. 使用外部自動(dòng)化的校準(zhǔn)模型的自動(dòng)校準(zhǔn)
由于每一個(gè)系列的校準(zhǔn)都有很多不同的要求,需要根據(jù)DUT,測試系統(tǒng),以及測試要求來決定使用哪一種方法。網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)是其使用的一個(gè)步驟,下面介紹網(wǎng)絡(luò)分析儀使用的完整步驟。
網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用
網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用步驟包括:準(zhǔn)備、操作、校準(zhǔn)和執(zhí)行。
準(zhǔn)備
準(zhǔn)備網(wǎng)絡(luò)分析儀和DUT
• 清潔,檢查和測量所有連接器
• 如果使用SOLT校準(zhǔn),選擇一種處理非插入式連接的方法
• 連接分析儀的電纜和適配器到分析儀上[page]
操作
• 預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)分析儀
• 設(shè)定源參數(shù),包括頻率,功率,速度系數(shù)和IF帶寬
• 連接DUT,驗(yàn)證安裝,電纜,適配器和運(yùn)行
• 選擇S-參數(shù)測量和顯示格式
• 若可以,設(shè)定特殊的測量目標(biāo),如參考平面的擴(kuò)展
• 觀察響應(yīng)
• 移除DUT
校準(zhǔn)
• 選擇適當(dāng)?shù)男?zhǔn)工具包或定義輸入校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)
• 設(shè)置IF帶寬并平均以最小化校準(zhǔn)期間的噪聲
• 手動(dòng)校正或使用自動(dòng)校準(zhǔn)
• 采用熟知的核查標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證校準(zhǔn)質(zhì)量
• 保存儀器狀態(tài)和校準(zhǔn)
執(zhí)行
• 連接DUT
• 從校準(zhǔn)步驟中得到合適的校正參數(shù)
• 測量并保存DUT參數(shù)
網(wǎng)絡(luò)分析儀在正確使用的前提下,是某些最精確的射頻儀器,典型的精度為± 0.1 dB和±0.1度。它可以進(jìn)行精確,可重復(fù)的RF測量。現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀提供的配置和測量能力像他們應(yīng)用范圍一樣廣泛。選擇合適的儀器,校準(zhǔn),功能,以及采用可靠的RF測量方法,可以最優(yōu)化你的網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)果。
關(guān)于網(wǎng)絡(luò)分析儀詳細(xì)的應(yīng)用介紹,請查看
網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差、校準(zhǔn)和應(yīng)用
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網(wǎng)絡(luò)分析儀測天線S參數(shù)應(yīng)用實(shí)例
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網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)Q/A
1如何使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量天線的駐波比?(天線連接有一根50歐的同軸電纜,應(yīng)使用網(wǎng)分的哪一個(gè)端口去接天線的饋線輸入端?怎樣設(shè)置網(wǎng)分的測量功能?)
答:
1、打開網(wǎng)絡(luò)分析儀,然后按下‘PRESET’鍵,準(zhǔn)備進(jìn)行設(shè)置。
2、設(shè)置監(jiān)視的頻率范圍:按下‘FREQ’鍵,按下‘CENTER’軟鍵,使用數(shù)字鍵輸入掃頻段的中心頻率,例如144,然后按下‘MHz’軟鍵。
3、按下‘SPAN’軟鍵,輸入測量帶寬,使用數(shù)字鍵輸入‘10’,然后按下‘MHz’軟鍵。
4、選擇測量端口:按下‘CHAN 1’鍵,然后再按下‘TRANSMISSION’軟鍵。
5、選擇測量類型:按下‘FORMAT’鍵,然后從菜單選擇‘SWR’。
6、按下‘REFERENCE POSITION’軟鍵,在屏幕菜單上選擇‘9’,然后按下‘ENTER’軟鍵。
7、設(shè)置測量標(biāo)記為113MHz和115MHz:按下‘MARKER’鍵,然后在屏幕菜單上輸入‘1’。使用數(shù)字鍵盤輸入‘113’,然后按下‘MHz’軟鍵。然后在屏幕菜單上輸入‘2’。使用數(shù)字鍵盤輸入‘115’,然后按下‘MHz’軟鍵。
8、在‘REFLECTION’菜單下,按下‘CAL’,然后選擇‘ONE PORT’。
9、在網(wǎng)絡(luò)分析儀的RF OUT端,安裝開路校準(zhǔn)設(shè)備。
10、按下‘MEASURE STANDARD’,等一會(huì)兒,直到出現(xiàn)‘CONNECT SHORT’為止。
11、在網(wǎng)絡(luò)分析儀的RF OUT端,安裝短路校準(zhǔn)設(shè)備,按下‘MEASURE STANDARD’,等一會(huì)兒,直到出現(xiàn)‘CONNECT OPEN’為止。
12、在網(wǎng)絡(luò)分析儀的RF OUT端,安裝50Ω的終端電阻,按下‘LOAD’,等一會(huì)兒,直到出現(xiàn)‘CONNECT LOAD’為止。
13、將天線電纜連接到在網(wǎng)絡(luò)分析儀的RF的輸出端。
14、在網(wǎng)絡(luò)分析儀上,按下‘MARKER’,顯示測量標(biāo)記。
15、在‘REFLECTION’菜單下,按下‘MEAS’,即可顯示出天線在144MHz的駐波比。
2矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀技術(shù)指標(biāo):技術(shù)指標(biāo)上的中頻帶寬、反射跟蹤、傳輸跟蹤、有效方向性、有效源匹配、有效負(fù)載匹配,這些都是什么意思?
答:
中頻帶寬:信號是分頻段的,這是指在中間頻段上儀器允許同時(shí)通過的頻率范圍;
反射跟蹤:是指對反射信號的跟蹤能力;
傳輸跟蹤:是指對傳輸信號的跟蹤能力;
有效方向性:一般是指無線信號的接收方向控制;
有效源匹配:指能夠分析的信息源;
有效負(fù)載匹配:是指分析時(shí)較為合理的負(fù)載值,負(fù)載不匹配時(shí)接收信號會(huì)很弱。
3網(wǎng)絡(luò)分析儀上的S參數(shù)是什么意思呢?
答:S 參數(shù)(散射參數(shù))用于評估 DUT 反射信號和傳送信號的性能。S 參數(shù)由兩個(gè)復(fù)數(shù)之比定義,它包含有關(guān)信號的幅度和相位的信息。如圖所示S 參數(shù)通常表示為:
S輸出 輸入
輸出:輸出信號的 DUT 端口號
輸入:輸入信號的 DUT 端口號
例如,S 參數(shù) S21 是 DUT 上端口 2 的輸出信號與 DUT 上端口 1 的輸入信號之比,輸出信號和輸入信號都用復(fù)數(shù)表示。
當(dāng)啟動(dòng)平衡-不平衡轉(zhuǎn)換功能時(shí),可以選擇混合模 S 參數(shù)。