网络分析仪操作基础知识培训课件

网络分析仪操作基础网络分析仪操作基础 -内部仪器培训课程之二- -郭林风- 主要内容主要内容 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 一、网络分析基础知识一、网络分析基础知识 光波同射频信号光波同射频信号 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 功率传输条件功率传输条件 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。 在低频上，波长非常长，简单的导线便适于传导功率 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。 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 功率传输条件（续）功率传输条件（续） RS RL 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/ RS 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 012345678910 Load Power (normalized) Rs RL +jX -jX 当传输线的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 当当传输线终端为传输线终端为Z Z 0 0 时时 Zs = Zo Zo V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 当当传输线终端为短路与开路时传输线终端为短路与开路时 Zs = Zo V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 Vrefl Standing wave pattern Zs = Zo ZL= 25 Vinc 相关概念相关概念 反射系数 回波损耗 驻波比 传输系数 增益/插入损耗 群延时 史密斯圆图 反射系数反射系数 反射系数是反射信号功率与入射信号功率反射系数是反射信号功率与入射信号功率 之比。之比。 = ZL ZO ZL + O Z = V reflected Vincident = 当ZL=Z0时， =0=0； 当ZL Z0时，01 1 ZL为负载阻抗，Z0为传输线特性阻抗 回波回波损耗损耗 反射信号低于入射信号的反射信号低于入射信号的dBdB数，是用对数数，是用对数 表示反射系数的幅度特性的一种方法表示反射系数的幅度特性的一种方法 = Return loss = -20 log(), 驻波驻波比比 反射除了会使系统中各部件之间传输的最佳功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）。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比，称为在传输线上，信号的最大幅度与最小幅度之比，称为 驻波比。描述负载匹配特性驻波比。描述负载匹配特性 Emax Emin SWR = Emax Emin = 1 + 1 - 反射系数分析反射系数分析 dB 无反射无反射 (ZL= Zo) RL VSWR 0 1 全反射全反射 (ZL= open, short) 0 dB 1 = Return loss = -20 log(), Voltage Standing Wave Ratio VSWR = Emax Emin = 1 + 1 - = ZL Z O ZL + O Z 反射系数 = V reflected Vincident = 传输线三种状态传输线三种状态 1 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ZL=Z0时， =0，RL ，SWR=1。传输线就处于匹配工作状态。 特征： 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； 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； 沿线电压和电流的振幅值不变； 传输线三种状态传输线三种状态 2.纯驻波状态 短路：负载阻抗ZL=0时，=-1， RL=0， SWR 。 开路：负载阻抗ZL=， =1， RL=0 ， SWR 3.行驻波状态：当ZLZ0时，1,传输线 上为“部分 行波”状态，“部分反射”状态，此 时负 载失配，导致传输线上出现部分驻波 传输系数传输系数 传输电压与入射电平之比传输电压与入射电平之比 V Transmitted V Incident 传输系数 = VTransmitted VIncident DUT 插入损耗与增益插入损耗与增益 增益 (dB) = 20 Log V Trans V Inc = 20 log 插入损耗 (dB) = - 20 Log V Trans V Inc = - 20 log 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 radians in radians/sec in degrees f in Hertz ( f) Group Delay (t ) g = d d = 1 360 o d d f* Frequency 群延时 平均延时 t o tg Phase Frequency 群延时波动表示失真 平均延时代表信号通过被测器件的平均传输时间 史密斯圆图史密斯圆图 Smith Chart 0+R +jX -jX 复数阻抗平面，无法 表示开路 . -90o 0o 180o + - .2 .4 .6 .8 1.0 90o Z = Zo L = 0 Constant X Constant R Smith chart L Z = 0 = 18 180 O 1 (short) Z = L =0 O 1 (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二、网络分析仪测试技术及应用 网络分析仪简介网络分析仪简介 网络分析： 是通过测量网络输入端和输出端对频率扫描和功 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。 网络分析仪： 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 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。 测量需求测量需求 检查复杂RF系统各个组件特性 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 确保良好匹配，功率最大传输 网络分析仪测试应用： 无源： 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、电缆、波导、传输线等 有源：放大器、混频器、取样器等 网络分析仪分类网络分析仪分类 矢网(Vector network)：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 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 S参数测量参数测量 S 11= Reflected Incident = b1 a 1 a2 = 0 S 21= Transmitted Incident = b 2 a 1 a2 = 0 S 22= Reflected Incident = b2 a 2 a1 = 0 S 12= Transmitted Incident = b 1 a 2 a1 = 0 IncidentTransmitted S 21 S 11 Reflected b 1 a1 b 2 Z0 Load a2 = 0 DUT Forward IncidentTransmitted S12 S22 Reflected b2 a2 b a1 = 0 DUT Z0 Load Reverse 1 Z0为系统特性阻抗，设置：CAL more CAL System Z0 Port 1Port 2 测试误差分析测试误差分析 测量系统存在误差： 系统误差： 是由测试设备和测量装置的不完善所引起 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。 漂移误差：频率漂移、温度漂移 网络分析仪系统误差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： 与信号泄漏有关的方向误差和串扰误差 与反射有关的源失匹配和负载阻抗失配； 由反射和传输跟踪引起的频率响应误差 误差修正误差修正 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）误差修正（续） 误差修正只对特定的激励状态有效。 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 误差修正有效判断：C 或C？或 Cor或Cor? 校准校准 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） 传输特性校准（常用校准件：直通连接器） 双端口校准：能消除所有主要的系统误差 源 小结小结 传输特性测量 S21参数或S12参数,如测量插损、传输时延 反射特性测量 S11参数或S22参数，如测量驻波比、回波损耗 单端口校准 反射误差修正、传输误差修正 双端口校准 反射误差修正+传输误差修正 基本测量实例基本测量实例 以以HP 8753DHP 8753D为例为例 连接电缆，确定校准面（与待测试面保持一致） Preset-设置频率范围（center、span）-设置源功率大小（menu-power- -0dBm-source on/off）-设置测量参数（测量点数、中频带宽） Chan 1-S11（或S22）-Cal-Cal Kit-Select Cal Kit-Calibration menu- -S11 (或S22) 1-Port -连接Open、Short、Load于Port 1(或Port 2)端口- Done 1-Port Cal-出现Cor Chan 2-S21（或S12）-Cal-Calibration menu-response -使用直通头 连接-Thru -出现Cor Display dual-dual chan on 连接待测品 Scale-显示刻度-显示位置 Marke 读数-marke search -search Max 输出测量结果 Copy-Print monochrome 三、操作注意事项及操作规范三、操作注意事项及操作规范 测试规范测试规范 一、仪器通电前检查及要求 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 确保仪器良好接地 操作人员佩带防静电腕带，身着防静电 服 接打印机 二、测试产品前仪器检查 传输特性检查： 将网络分析仪复位后，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S21参数 （或S12参数）测量，频率为全频段，源电平输出 0dBm，测试其在全频段范围内传输损耗值，若其 损耗值1dB，则仪器传输特性正常 （注不可直 通校准,无C或Cor标识） 解释：传输系数1，插损0 反射特性检查： 网络分析仪设置为S11参数（或S22参数）测 量，频率为10MHz3000MHz，源电平输出0dBm。在 仪器Port 1口（或Port 2口）接一标准负载测试其回波 损耗，若回波损耗-30dB，则仪器反射特性正常； 或将仪器Port 1口（或Port 2口）空接，观察其回波损 耗值（开路、反射系数为1），若回波损耗在1dB范 围内，则仪器反射特性正常 解释：反射系数1，回波损耗0 检查结果处理检查结果处理 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； 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，并停止使用仪器。 三、校准件及配件检查三、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。 四、对仪器进行保护四、对仪器进行保护 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）； 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 输出端接一大功率衰减器，并串接负载。 四、对仪器进行保护四、对仪器进行保护 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 Port 2口分别串接1个40dB的衰减器）。 在将待测产品与仪器连接之前，先将待测 产品可靠接地。 五、合理设置参数进行测试五、合理设置参数进行测试 选择测量S参数、对应测量通道； 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； 设置系统阻抗为50欧，测试面与校准面保持一 致； 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，需重新进行校准； 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。 六、测试结果处理六、测试结果处理 Maker 读数/限制线 判定 SAVE/Hard Copy 打印 例：8714ET测试图形存盘: Hard copy-select copy port-file gif或file pcx -select -prior menu-start 8753D测试图形存盘 操作注意事项操作注意事项 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 仪器要良好接地 ；待测产品在连接前良 好接地； 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 仪器四周，特别是散热口与其它物体须 保持10cm距离来散热 操作注意事项操作注意事项 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 在将网络分析仪与待测产品连接时，保证 先将待测产品接地，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 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 下行电缆（断开测试口最近的双工器TX连接电 缆），测试下行支路驻波比时必须断开其上行电缆