建立射频S参数测试手段及应用测试技术研究_图文

1、四川省电子学会电子测量与仪器专委会年学术年会论文集建立射频参数测试手段及应用测试技术研究魏翔丈王建忠赖晖朱斌（中国工程物理研究院计量测试中心）摘要本文主要介绍网络分析的基本原理，以及参数的基本概念和误差分析。通过引进射频矢量网络分析仪，建立频率范围从一的二端口参数标准装置，开展有效的参数量值传递。关键词网络分析仪参数矢量前言网络分析仪是目前应用非常广泛的无线电测量仪器，参数是网络分析仪的基本测量参数，它包括了反射系数、传输系数、驻波系数、衰减、相位等参数。引进射频矢量网络分析仪，建立射频参数测试标准是完成网络分析仪测量参数量值统一的重要工作，可满足院核武器研制和高技术研究中所用仪器设备和元部件

2、的射频参数现场校准及实验室检定，满足用户在频段、速度、准确度等方面提出的越来越高的要求，以提高测试效率和提供更优质高效的射频参数量值传递和计量技术保障。同时通过引进频率下限到射频网络仪，解决了送检网络分析仪、阻抗分析仪、矢量电压表等仪器设备频段不能完全覆盖、指标不能全面检定的被动局面。同时还可用于各类射频元部件（如：衰减器、同轴负载、功分器、定向耦合器、隔离器、滤波器、谐振腔、同轴电缆等）的射频参数检定测试。提升参数射频段的测试能力和手段。可有效保证武器研制的质量。设备选型经过充分的调研论证，引进的高性能网络分析仪是具有高度集成化的射频参数测试系统，通过全双端口校准，可消除系统误差和自动完成正

3、向和反向参数测试，能得到良好的修正后测量精度和高达的动态范围，在内部处理器的控制下，测量和数据传递速度比早期型号快近倍，并能同时显示个参数，与国外多家网络仪生产厂家相比，该仪器在精度、速度、测试能力与方便使用上提供了更加完善的结合。其接收机、信号源和参数测试装置的一体化设计，可方便实现射频参数校准测试。为全面表征有源或无源线性网络、元器件和测量系统的频域特性提供了较合理的解决方案。同时时域分析软件的选型，可将频域中采集的数据变换到时域的能力，即可进一步加深对线性网络特性的认识，还可为电缆传输系统提供故障诊断定位与分析。其主要技术指标如下：频率范围：动态范围：迹线噪声：测试点数：个建立射频参数测

4、试手段及应用测试技术研究测试端口：个测量速度：频点带触摸屏的英寸彩色显示器网络分析仪及参数简介网络分析仪网络分析是在所选择的频率范围内，通过激励响应测试来建立线性网络的传输与阻抗特性的数学模型的过程。网络分析仪是通过正弦波测试来测量线性网络传递函数和阻抗函数的仪器。一个网络分析仪系统要围绕被测器件配置各种各样的元件来实现这种测量。对测量系统的首要要求，是一台用来激励被测器件的正弦波信号源。由于传递函数和阻抗函数是各种电压和电流的比值，故还要求有从被测器件测量端口分离出适当信号的手段。最后网络分析仪本身必须检测出所分离出的信号，形成所要求的信号比，并将结果显示出来。所以网络分析仪系统组成主要有网

5、络分析仪主机、信号源、参数测试装置等。网络分析仪有标量网络分析仪和矢量网络分析仪之分。矢量网络分析仪与标量网络分析仪的主要区别有两点：一是它可测量复数量，即既可测幅值，也可测相位：二是它可进行矢量误差修正，使测量准确度得到很大的提高。对于一体化矢量网络分析仪，由于采用内置信号源及测试装置，所以在使用前只需连接端口电缆即可；而对于分体式矢量网络分析仪，如美国微冲公司的网络分析仪系统，则需在使用前按规定要求连接好系统。由于测量系统不可能是完全理想，所以测量前必须用校准件对测量系统进行校准，以减少系统误差，提高测量准确度。矢量网络分析仪原理框图见图，方向桥法标量网络分析仪原理框图见图。图中矢量网络分

6、析仪主机是一种复数比值检测指示器，又称幅相接收机，它接收来自参数测试装置的的中频信号（包括参考信号和测试信号），经过放大、混频后，将其变为的低频信号，然后在低频上分别进行幅度和相位信息处理。图中的参数测试装置是网络分析仪系统的重要组成部分，也是网络分析仪系统的技术难点。它主要由信号分离器件（如功分器、定向耦合器）、混频器、程控开关组成，其作用是将来自信号源的测试信号分离为参考信号、反射信号及传输信号，并通过混频将这些微波（或射频）信号下变频为中频信号。它决定了网络分析仪测试系统的频率范围，而且也是测试系统技术性能指标的主要贡献者。图矢量嘲络分析仪原理框图四川省电子学会电子测量与仪器专委会年学术

7、年会论文集图方向桥法标量网络分析仪原理框图参数参数（即散射参数）是网络分析仪的基本测量参数，它是包括幅值和相角的矢量。二端口网络的参数包括、，四个参数，其物理意义为：一输出端匹配状态下，输入端的反射系数；一输入端匹配状态下，输出端的反射系数；一输出端匹配状态下，输入端至输出端的正向传输系数；一输入端匹配状态下，输出端至输入端的反向传输系数。网络分析仪参数量传系统组成及误差分析与检测网络分析仪参数量传系统组成原理同轴二端口参数标准装置，由经过严格设计和精密加工的无支撑精密同轴空气线、精密同轴衰减器、标准矢量网络分析仪所组成。精密同轴空气线和精密同轴衰减器经上级计量技术机构检定合格后作为本校准实验

8、室的标准衰减器、标准空气线、标准失配空气线。用于对被检网络分析仪进行量值传递。标准矢量网络分析仪则用于各种微波元器件的检定以及标准件定标数据的核查。图为网络分析仪参数量值检定系统图。图网络分析仪参数量值检定系统框图建立射频参数测试手段及应用测试技术研究误差分析及检测网络分析仪是一种复杂而快速的测量系统，其误差来源复杂多样，主要有以下四项：（）测试端口失配所造成的误差；（）定向耦合器的方向性不完善所造成的误差；（）两路信号的频响跟踪不良所造成的误差；（）泄露及串扰所造成的误差。实际上还存在其他相对影响较小的误差因素如：噪声及干扰、频率误差、微波开关的不重复性、混频器的非线性、信号电平的波动、转换

9、误差、校准时所用校准件的不完善、接头及电缆的不确定性等。考核网络分析仪工作是否正常，目前通常采用的方法是用相应的检验箱对网络分析仪的工作性能迸行定期的检验。所谓检验箱，是由一组电性能稳定可靠的标准件（包括：标准衰减器、标准空气线、标准失配空气线）所组成的标准件组。网络分析仪经校准后，将这些标准件接入网络分析仪系统作为被测对象，便可快速地从总体上考核网络分析仪是否工作正常。对网络分析仪最重要的是要通过校准检定确定其测量误差。目前采用的校准检定方法是：选择一组能全面考察网络分析仪技术指标的标准件。该组标准件经过上一级计量技术机构检定后，得到一组定标标准值。然后用这些标准件作为被测件，分别接入需要检定的网络分析仪系统，可得一组测量数据。用测量值减去标准值即为该系统的测量误差。由于网络分析仪是直接测量标准件的参数，所以标准件一般选用失配器、衰减器及空气线，其中失配器用来考核网络分析仪对。和的测量准确度，它们由驻波系数大小不等的组反射器件组成；衰减器用来考核网络分析仪对。和幅度测量的准确度；它们由衰减量值不同的一组衰减器所组成：空气线则用来考核网络分析仪对和相位测量的准确度。结论所引进标准矢量网络分析仪技术指标先进、自动化程度高、小型一体化便于现场测试，该研究项目的完成满足了当前军品科研生产任务对射