矢量网络分析仪基础知识及S参数测量

1、矢量网络分析仪根底知识及 S参数测量§ 根本知识1.1射频网络这里所指的网络是指一个盒子，不管大小如何，中间装的什么，我们并不一定知道，它只要是对外接有一个同轴连接器，我们就称其为单端口网络，它上面假设装有两个同轴连接器那么称为两端口网络。 注意：这儿的网络与计算机网络并不是一回事，计算机网络是比拟复杂的多端口网络，这儿主要是指各种各样简单的射频器件射频网络，而不是互连成网的网络。1 单端口网络 习惯上又叫负载ZL。因为只有一个口，总是接在最后又称终端负载。最 常见的有负载、短路器等，复杂一点的有滑动负载、滑动短路器等。单端口网络的电参数通常用阻抗或导纳表示，在射频范畴用反射系数r回

2、损、驻波比、S11更方便些。2 两端口网络 最常见、最简单的两端口网络就是一根两端装有连接器的射频电缆。匹配特性 两端口网络一端接精密负载标阻后，在另一端测得的反射系数，可用 来表征匹配特性。传输系数与插损对于一个两端口网络除匹配特性反射系数外，还有一个传输特性，即经过网络与不经过网络的电压之比叫作传输系数T。(1.1)插损IL = 20Log | T | dB，一般为负值，但有时也不记负号，即相移。两端口的四个散射参量测量两端口网络的电参数，一般用上述的插损与回损已足，但对考究的场合会用到散射参量。两端口网络的散射参量有4个，即S11、S21、S12、S22。这里仅简单的但不严格带上一笔。s

3、ii与网络输出端接上匹配负载后的输入反射系数r相当。注意：它是网络的失配，不是负载的失配。负载不好测出的r,要经过修正才能得到 sii。S21与网络输出端匹配时的电压和输入端电压比值相当，对于无源网络即传输系数T或插损，对放大器即增益。上述两项是最常用的。S12即网络输出端对输入端的影响，对不可逆器件常称隔离度。S22即由输出端向网络看的网络本身引入的反射系数。中高档矢网可以交替或同时显示经过全端口校正的四个参数，普及型矢网不具备这种能力， 只有插头重新连接才能测得 4个参数，而且没有作全端口校正。1.2传输线传输射频信号的线缆泛称传输线。常用的有两种：双线与同轴线，频率更高那么会用到微带线与

4、波导，虽然结构不同，用途各异，但其根本特性都可由传输线公式所表征。特性阻抗Z0它是一种由结构尺寸决定的电参数，对于同轴线:Zo=In-单铉为0d(1.2)4式中才为相对介电系数，D为同轴线外导体内径，d为内导体外径。反射系数、返回损失、驻波比这三个参数采用了不同术语来描述匹配特性，人们希望传输线上只有入射电压，没有反射电压，这时线上各处电压一样高，只是相位不同，而实 际上反射总是存在的，这就需要定义一个参数。？式中ZL为负载阻抗，Z0为同轴线的特性阻 抗。(1.3V?由于反射系数永远 < 1,而且在甚高频以上频段手边容易得到的校准装置为衰减器，所以有 人用返回损失回损R.L.来描述反射系

5、数的幅度特性，并且将负号扔掉。(1.4)?回损 R.L. = 20Log | r dB有反射时,线上电压即有起伏,驻波比是使用开槽测量线最易得到的一个参数, 比拟直观。当 | r |<< 时，p = 1 + 2| r|?本仪器三种读数皆有,可任意选用。阻抗圆图(1.6)+开捋1. 3?式的分子与分母同时除次石归TS 用极坐标冋览就成T史密斯通柚*水钿上鈕偏輾 下珞偏琳 右面 严榕讲来1在g5®RP阻值偏高 左面在m 的融卜阻值偏低"知道了负載题图上的耕迹就马 上可ty知道负载K-ffifiT该備什么方法匹&还有无 匹S擔力等等，不一i隅卩-a l 1史密

6、斯區®频率.图la如A , B两个规格的天线，假设只在标网上选择，肯定选B而不要A，而在矢网上看，A比B有潜力得多，加个电容就比B好了。这种情况是大量存在的，在全波振子对测试中就是这种情况。因此，在调试中首先要将天线阻抗调集中在圆图上成团。举例来看，反射网与振子高度调节就有这种情况，折合振子单边加粗也有这种情况，然后再采取措施如并电容，串电感，调短路片位置，改平衡器内导体等使其匹配。而且经常不是使中频处于圆图 中心，而是使整个频带处于中心某一小圆内，即牺牲一下中频性能，来换取总带宽。阻抗圆图上适于作串联运算，假设要作并联运算时，就要转成导纳；在圆图上这非常容易，某一点的反对称点即其导

7、纳。 请记住当时的状态， 作阻抗运算时图上即阻抗，当要找某点的导纳值时，可由该点的矢徑转 180°即得；此时圆图所示值即全部成导纳。状态不能记错，否 那么出错。记住，只在一个圆图上转阻抗与导纳，千万不要再引入一个导纳圆图，那除了把你 弄昏外，别无任何好处。另外还请记住一点，不管它是负载端还是源端，只要我们向里面看，它就是负载端。永远按离开负载方向为正转圆图，不要用源端作参考，否那么又要把人弄昏。圆图作为输入阻抗特性的表征，用作简单的单节匹配计算是非常有用的，非常直观，把复杂的运算用简单的形象表现出来，概念清楚。但对于多节级连的场合，还是编程由计算机优化来得方便。传输线的传输参数同上面

8、两端口网络，不再重复。1.3有关仪器的几个术语网络分析仪 能测单或两端口网络的各种参数的仪器，称网络分析仪。只能测网络各种参数的幅值特性者称为标量网络分析仪，简称标网。既能测幅值又能测相位者称为矢量网 络分析仪，简称矢网，矢网能用史密斯圆图显示测试数据。连接电缆 一根两端装有连接器的射频电缆叫连接电缆也有称跳线的，反射特小的连接电缆称测试电缆。反射电桥 为了测得反射系数，需要一种带有方向性或定向性并保持相位信息的器件， 如定向耦合器或反射电桥，本仪器采用的是反射电桥， 它的输出正比于反射系数。其 原理与惠司顿电桥完全相同， 只不过结构尺寸改小适于高频连接， 并且不再想法调平衡， 而 是直接取出

9、误差电压而已。反射电桥一般只能测同轴线等单端馈线系统。差分电桥 能测双线馈线系统的反射电桥称差分电桥。谐杂波抑制能力 一般国产扫频源的谐杂波在 20dB 左右，甚至杂散波只有 15dB， 进口扫频源好的也就在 30dB 多一些，外差式接收机对谐杂波的抑制能力皆在 40dB 以上， 不会出现什么问题。 而对于宽带检波低放的扫频仪与标网， 不外接滤波器对寄生谐杂波是没 有抑制能力的， 有时就会出现下面几种问题： 滤波器带外抑制会被测小， 天线驻波会被测大， 窄带天线增益会测低。动态范围 仪器设置到测插损， 将一根好的短电缆的一头接到输出口， 另一头接到与 屏幕显示相对应的输入口上， 按执行键进行校

10、直通后， 拔掉电缆后仪器显示的数值即动态范 围，应?70dB。对插损的广义理解隔离度 不该通而通了的插损称隔离度或防卫度。方向图 天线对一固定信号在不同方向的插损称方向图。§2 传输线的测量2.1 同轴线缆的测量一测电缆回损1待测电缆末端接上阴负载或阳负载加双阴，测其入端回损，应满足规定要求。假设是全频段测试的话，那一般是低端约在30- 40分贝左右，随着频率增高到3GHz，般只能在 20dB 左右。 假设全频段能在 30dB 以上此电缆可作测试电缆， 一般情况下尤其是 3GHz 附近是很难作到 30dB 的，能作到 26dB 就不错了。2 回损测试曲线呈现周期性起伏，而平均值单调上

11、升，起伏周期满足"F=150/L，式中L为电缆的电长度米，“ F单位为MHz，那么此电缆属常规正常现象，主要反射来自两端连 接器处的反射；假设低端就不好，甚至低频差高频好，或起伏数少，那么电缆本身质量不好。3 回损测试曲线中某一频点回损明显低于左右频点呈一谐振峰状，此时出现了电缆谐振现象。只要不在使用频率内可以不去管它， 这是电缆制造中周期性的偏差引起的周期性反射 在某一频点下叠加的结果，我们只能先避开它。这种现象在1998 年我们买的 SYV-50-3 电缆中屡次碰到，回损只有 10 - 14dB，粗的电缆倒不常见此情况，用户只有自己保护自己， 选择质量好的才买。4 在测回损中出现

12、超差现象时，可按下面提到时域故障定位检查加以确诊，以便采取相 应措施。二.测电缆插损也称测衰减1 替代法在使用要求频段下，用插损档通过两个 10dB 衰减器用双阳校直通，校后用电缆代替双 阳接入两衰减器之间即得插损曲线，此法为最常用的方法。2回损法测插损在仪器经过开短路校正后，接上待测电缆，测末端开路时的回损，回损除2即得插损，此法的优点在于不会出现插损为正的矛盾， 特别适合于已架设好的长的粗馈管首尾相距较远的场合。3非正常情况检测电缆时最好用全频段测试， 插损由小到大应是一单调平滑曲线， 并且插损在标准规 定以内， 小有起伏也不要紧， 那是反射叠加引起的。 但假设有某一频点附近显著高于左右频

13、点 插损增大呈一下陷曲线状， 说明此电缆有问题。多数是连接器外皮压接不良所造成，返 工后重测。少数是电缆本身形成的，那么此电缆只能隔离待查，停止使用。连接器外皮显著接触不良，可用下面提到的电缆屏蔽性能检查方法加以确诊。 三同时测插损与回损 可按说明书 4.7 节进行双参量测量。 双参量测量精度不如单参量高，假设无必要，以采用单参量为宜。四同轴电缆电长度的测量1引言 在射频范围内，经常采用同轴电缆对各个功能块、器件或振子单元进行连接即馈电 ，除 了要求插损小、 匹配好之外，常常还对引入的相移提出要求。 一般只要求相对相移，譬如同 相天线阵或功率组合单位等。 它们要求每根电缆一样长， 而收发开关或

14、阻抗变换场合那么会提 出长度为入/4的要求，而U形环平衡器又会提出长度为 入/2的要求，这就出现了如何测电 缆电长度的问题。在不加支持片的同轴线段中，同轴线段的机械长度或几何长度与电长度是一致的， 在有支持片或充填介质的情况下两者是不同的， 机械长度与电长度之比为波速比 也有称缩 波系数， 或缩短系数，一般在 0.66到 1之间， 电长度显得长些， 而实际机械长度显得短些。 实际上要求的是电长度，矢网正好能测电长度。2测反射相位定电缆电长度 当电缆末端开路时，在其输入端测其反射的相位是容易的，由于反射很强测试精度也较高。 当然末端短路也是可行的， 但不如开路时修剪长度来得方便， 因此常在末端开

15、路的情况下进 行测试。i、入/傀缆的获得仪器设定在要求的使用频率下点频工作，在测回损状态下校开路与短路。接上待测电缆末端开路，假设电缆正好为 入/4寸，相位读数应在 1800附近。假设180那么说明电缆偏长，反之那么偏短。此法也适于测 入/4奇数倍的电缆，致于是 3入A还是入/4点频下是分不清的。ii、入/2电缆的获得同前即在点频测回损状态下校开路与短路。接上待测电缆末端开路，假设正好为 入/2那么测试相位值应在 00附近，假设 在00以 上第一象限 ，那么电缆偏短，假设在 3600以下第四象限 ，那么偏长。此法也适于 入/整倍数的电缆，至于是入还是入/2在点频下是分不清的。iii、与参考电缆

16、比相对长度同前即在点频测回损状态下，校开路与短路。接上参考电缆也称标准电缆，记下相位读数0。接上待测电缆，假设读数 二那么说明两电缆等长， 不等那么相差为 -0，注意仪器相位 为领先值，读数越大越领先， 大于 0 那么偏短，反之那么偏长。iv、几点说明i、ii两种，由于是在 入/有入/2寺殊情况下进行的，与电缆特性阻抗无关，而第i种测试 精度与特性阻抗有关，只有相同特性阻抗的电缆比拟才有意义，否那么出错。在测试中有寸会搞不清是长了还是短了，可以在末端或始端加一小段电缆如保护接头 试试， 假设更离开理论值说明电缆长了，假设更靠近理论值那么说明电缆短了。还有一种方法，是 用三个频率，即f0

17、77;A,f扫频测试，假设高频点接近理论值那么电缆短了，假设低频点接近理论值 那么电缆长了。由于反射法电波在电缆上走了两次一个来回，所以读数与误差皆要除以 2。3测传输相移定电缆长度在行波状态下，电缆引入的相移即其电长度，这种作法一般更符合实际使用情况，但由于要求两端皆接上高频连接器， 因此一般只适于验收， 而不适于调整。下面介绍一下比拟两根电 缆的相对相移。在测插损状态下，经过连接电缆与两个10dB衰减器对接后校直通。在两个衰减器之间串入参考标准电缆，记下相位测试值00。换接待测电缆，假设测试值亦为0那么两者等长，假设测试值为 ，-00为正那么短了，反之那么长了。搞不清时，请参见上面几点说明

18、中的第二点。4时域故障定位法测电缆电长度同轴电缆末端开路或短路测出的故障位置即电缆电长度，此法可测电缆绝对电长度。按测回损法连接，并选时域状态。估计电缆电长度，将距离档选到适宜距离，以防止模糊距离。按菜单键取出机内扫频方案后，进行开路与短路校正。接上待测电缆，进行测试，画面出现一峰点。将光标移到峰点附近后按菜单键 ， 光标在?放大?下闪动 ， 再按执行键画面将展开四倍 后重画一次 ，并在方格下面显出dmax=< 2等数值，此值即电缆电长度。五同轴电缆的时域故障定位检查1 同轴电缆的三段反射同轴电缆可说是射频设备中少不了的一种连接件，短者几厘米，长者几百米，它并不是一种很起眼的东西，但对系

19、统性能确是至关紧要的一环。对同轴线可以提出多方面的要求， 现在我们只看看对它的驻波比要求。通常要求同轴电缆的驻波比w 1.1,即使在V频段这个要求也不低， 在更高频段那就更难了。 对于电视台发射天馈系统，其系统的驻波比就要求为1.1，那分配给馈线的指标就更不好提了。一根同轴线 电缆或馈管 从其输入端测出的驻波比是由三段反射的矢量叠加造成的。一段是远端反射，它包括了负载的反射以及电缆输出连接器处的反射。如果负载是无反射的标阻，那么远端反射即指输出连接器处的反射，另一段是输入连接器 包括转接器处的反射叫近端反射。还有中间这一段由电缆本身制造公差引起的分布反射，使用者对这段反射是无能为力的，只是把问

20、题搞清楚而已，以便于采取相应的措施。如何分清这三段反射呢？2时域分布反射的获得为分清一根电缆的三段反射，通常用时域反射计，它是一种能发射很窄脉冲ns级后看其反射波形的仪器，虽然它很有权威性，但确有三点缺乏：第一点是有死区或盲区。对近端反射无能为力，因为在发射脉冲宽度内的反射一般是被发射脉冲淹没了。第二点是它对波导系统无能为力。第三点由于发的是窄脉冲， 所占频段极宽，待测件的测试频段不能控制。 如本来电缆只用于 400兆赫附近，而它测的却是几十赫到千兆赫内全频段的性能，这并不适合于一般使用者的要求， 它只是一种电缆生产厂的一种专用的贵重设备。看来这种仪器早晚是要被淘汰的，它的性能不如测频域反算时

21、域的方法来得灵活，而且还多花钱作为验收， 频域仪器是必备的，假设它有时域功能就不用再买时域反射计了。现在可用网络分析仪上的时域故障定位功能软件来完成时域反射的测试。它的作法是在频域中测出多个有关频率的反射系数，然后经过运算来得到时域画面。纵坐标为反射系数幅度值,横坐标为距离或时间。 不单分清了三段反射而且看出了同轴电缆上的分布反射，从而可以检查电缆制造的工艺水平或质量水平。普及型矢量网络分析仪PNA上带有时域功能，它能根据电缆使用频段来设定扫频起止频率，以便得到符合实际需要的时域检查。PNA的时域最高分辨力为6cm，随着探测长度加长而降低。下面的例子都是用PNA测的，曲线都是机内所附的微打印机

22、打的。对一般使用者以及专业电缆生产厂都有参考意义。3. 几个彌納畔故陳定位魏试验仪用三段短电輟两锂翊喘起来未端S阴负載 来酬一段有故障触缆可期呈的看见碑的峰.图 21孤炖缆的电长度彼电细端开路瞬路耳冋狈也长摩，图为 T艮光叭的SFF-WJ的测试数据，其电股幼猶知 波逊哟0.7,缩短系鮒14, *>图电缆的三段反I就*这型的？SJS澈据，通5端连接器处的反 自惜为d旧TSgfi并不对称釘而皱的分布反M为 0.005.50-3的电绩，市售J5连援器的反«肉为0 040.1,我ff设计的JL川约WMKB有所改良圏2-i+J几种电缆本身的分布反I寸*这是羯门手上反射最幻曲电绒，据说S进

23、的，SFF-507遞射而言,这于仰解缆，可瞬吏些am叩c咿叩I *单I.j03m100'.呗存4右函蕊图 24-an5i图25005.图2鼻选了三种典型曲践，所测鬼缆样本长约1.血 用33230MHs JFOMHzO!案狈弑假 如用窄糊庶，反I寸会増大而起伏数会減卜。卍雄绒怖例子心图2.7图23选了三种典型站，所钢炖缆库本长豹1.5m,用3M230MHd 23F=40MHz扌玉炳案狈職假 如用济5!城，反«绘増A趣腹就卜'4绒的例子描图 2.7图 2.8*上面:翻段纯刃米长的电卿J两个例？，测濒段为240-400MHZ, JF=2MHs做淞段KD-12 是不合搭的典型

24、，与迥皿7相比差S&to匕仪从以上测试结果可以得到如下初步结论。相同品种的同轴电缆，粗的分布反射比细的分布反射小。分清三段反射能帮你找出故障或指标差的原因，明确改良方向。根据目前掌握的实际情况，插头的反射不宜大于0.03 ，电缆的分布反射不宜大于 0.01，电视用时要求还要高一些。故障定位功能是很有用的， 按使用频段设定扫频频段也是有效的，宽带反射小而起伏多,窄带的反射大而起伏少不容易漏掉故障。六特性阻抗的检测1问题的提出这里举个例子，某厂加工了一批 SFF-50-1.5 的带 SMA 插头的电缆，做了五根样品长约 120mm，都是合格的。后来做了几十根长约 240mm的却全部临界，在

25、430MHz附近p为1.15。 用时域看反射在两端插头处约0.07,为此加测了 Z0,发现为47Q。后来换了 Z0为49.8的电缆，p只有1.04。原来做短的合格是因为刚好反射相消，而长的长度不适宜造成反射叠加，在窄带虽可用凑长度解决问题,但最好还是采用好的电缆为宜。当时域检测发现两端连接器处反射较大时譬如 >0.04,除了装配质量外,还有插头本 身设计问题,一般市售连接器是不适于用到 3GHz 的。假设连接器是仔细设计,考虑了支持 片的影响的, 那么还有一个因素那就是电缆的特性阻抗可能不对, 此时就应测测电缆特性阻 抗。2作法样本与扫频方案 对于已装好连接器的跳线, 长度已定, 只能由

26、长度定扫频方案而对 于电缆原材料,那么可以按要求频率确定下料长度。此时待测电缆一头装连接器即可。样本长度与扫频方案是相互有关的,可以点频测也可以扫频测,取值要取相位靠近2700时的电抗值，此时电长度为 入/ 8、电抗值在土 j50 Q附近，如4060 Q之间，否那么不易 得到可信数据。测试频率宜低些,以减少连接器,以及末端开短路的差异造成的误差。以SFF-50的电缆为例，取样本长 500mm，其电长度即为 700mm 乘1.4波速比，扫频方 案可选4656 MHz , F=2MHz即可。仪器在测回损状态下，电桥输入端与输出端各串一只 10dB 衰减器。校过开短路后， 接上待测电缆。记下待测电缆

27、在末端开路与短路时的输入电抗值不管电阻值，两者相乘后开方即得特性阻抗值。一般测试只选一点最靠近 2700的点即50 Q 进行计算即可，要求高时，可在50± 10 Q范围内选5点进行平均，这5点之间起伏不应大于 0.5Q，否那么电缆质量不好。电缆两端测出的特性阻抗有可能是不相同的,说明该电缆一头特性阻抗高,一头低。要求高时，应对样本进行掉头测试，两端测出的特性阻抗不应相差0.5Q .注意：1 :虽然所有入/ 8奇数倍的频点皆能进行测试，但只测了前面入/ 8，后面入/4及其倍数都是不参与的；它只提供了0点与R点，这两点只与长度有关，而与Z0无关。2:测75Q电缆时，请用75Q电桥，测试数

28、据请乘 1.5倍。3:有人采用测数百米长电缆的输入阻抗来代替测Z0 ,这并非标准方法，实际上是对电缆提出了超标准的要求。除非电缆非常好,否那么不易通过。七电缆屏蔽度检测也称漏泄检测,也有称防卫度检测,作法同阵面幅相检测。采用全频段扫频方案,测插损,用一根好的短电缆校直通；在输出端接上待测电缆,其末端接上阴负载或双阴加阳负载； 将一个拾取环见幅相检测 ,通过一段电缆接到输入端,当环远离待测电缆时读数 应?70dB;将环靠在电缆上滑动,假设读数仍在 70dB 以上那么电缆性能优秀,假设读数在 60dB 左右 属良好,假设读数在 40-50dB 就不太好, 但勉强能用, 假设读数在 20-30dB

29、那么肯定有了故障, 一般出现在连接器处，必须重装，压紧后再测，连接器处不宜低于50dB;连接器接地不良时，其时域波形表现为拖尾巴波形，而不是一个单纯的脉冲波形； 以上讲的是带插头的电缆常称跳线的检测方法，只是一种查毛病的方法，并不作为验收 的依据。22 PNA用于测量75 Q系统的补充说明PNA本身是50 Q系统测量仪器，在有 75Q配套件的情况下，可在 30-1000MHZ频段内对 75Q系统进行测量。1 测回损 主要是改用75Q电桥，该电桥输入输出端口仍为 50Q，故仍然可用原配电缆接上，而电桥测试端口为 75Q ,即能按原说明书所述方法对75Q系统的反射特性进行测试。测阻抗或相位或者所测

30、驻波较大时，请用75Q短路器加校短路。对电桥定向性有疑心时，可用75Q负载验证，也可采用校零措施。改用75Q电桥测试75Q系统时所有驻波、回损、相移值都是对的，但阻抗值请注意还要 乘1.5才对。2 测插损 在仪器输出输入端各接一根 50 Q电缆，在电缆另一端各接一只 50K/75 Q转换, 并用75 Q双阴将它们对接起来校直通，然后取出双阴串入待测件即可测出其插损与相移。示意图如下：3测增益 接法与测插损相似，但应加 30dB衰减器后校直通，衰减器可以是50Q的，也可以是75Q的，各自串入其相应位置，其作法与原说明书相同。4时域故障定位除改用75 Q电桥外其他与说明书全同，校短路请注意要用细芯

31、子的75Q短路器。使用时应小心不要插错,粗的插入细的会注意：由于75Q与50 Q两者内导体差异较大, 损坏器件，细的插入粗的那么接触不良甚至不通。5. 75 Q配套件清单1茹。电桥1只5JK转换2只仪275 a负载1只6作Q双阴1貝43曲短路器1只775Q5KPB1只心4悶Q保护接头1只卩2.3多对双绞线电缆的测试在电脑网络连线中，用到了多对双绞线电缆， 而且提出了技术要求，如何用常规单端 线一地制，如同轴线仪器进行测试呢？一. 技术要求：有关单位对于5类线四对双绞线的技术要求见下表每对绕成双绞线的线又有多股与单股之分。相当线号为24AWG 26AWG 。EJAm托墾传输要求I 频餐特曲酰回昴

32、近端窜扰心衰框MHz*1迪心dB*'碾，单畛100+152W伽2.4归100±152力477.沖6.510土15 户23求44<93亦10吐1并23卫42卩11,1咏25心100±1522卫4212510.431.25-100士1知21P14211.7必知100S15*1俗珈204*17P100100±15珈2如22车注：在执行5类线标准验收时，有的用户要求按输入阻抗为100± 15Q来验收，其理由为既然有特性阻抗为100± 15Q的要求，而现在线很长300m,因此只测其输入阻抗来代替 前两项要求。对于理想的均匀线， 这个要求还勉

33、强说得过去，问题是线既不理想也不均匀，这个要求就超出了标准范围，否那么就没有必要定第二栏的要求。对于100MHz，标准规定回损为16dB ,假设按输入阻抗要求那么为 23dB，超过标准7dB ;因此把特性阻抗验收标准改成按输入阻抗 验收，是不符合标准的作法。另外有的仪器有|Z|坐标，这是一种电路参数而不是传输线参数， 用|Z|< 100土 15Q来要求传输线的输入阻抗，是会闹笑话的。比方Zin =j100 Q ,是完全符合|Z|w 100 ± 15Q要求的，而对于传输线而言却是全反射，根本不能用。二. 测试方法这儿只讨论用矢量网络分析仪来测试双绞线，不涉及市售电脑线专用测试设备

34、。1 直接用单端仪器测试这是一种原那么性的错误，因为平衡受到破坏，产生了共模电流，将导致衰减加大、窜扰严重。但有的地方仍然是这样作的，不妨试一试。2 .采用PNA100 Q差分套件。3 将单端仪器测试口通过复用开关扩为八个，采用混合模式散射参量进行计算与校准，这是ATN公司的方法。下面将只采用 1、2两种方法进行测试，是用PNA3628进行的，其频率范围为：1KHz120MHz。测试样本是一段 22.5米的商品电缆。三. 测试结果1 .特性阻抗Z0测试测其末端开、短路时的输入电抗，相乘开方后即得。测试频率MHz110单端电桥测 Q97 114103.6 107.7差分电桥测 Q10811310

35、3108虽然Z0 一般不是频率的函数，但仍测了三个频点，测时线长最好用测试频率的入/8,62.5100106103108每个频率下有四个数据四对线，两法测试结果差异不大，看来都可以用。z SOS-图中上面T融绕为要求眞与用差分 转换头测的艮吻合但很临畀用单端?圍愎著超标下面的射8,S2Z图中虚线为要求值用差分转换头测的完 全符合宴面诅很辭下面的的甲单脚！J 的那么严重超标，数据不合理上面的揺4.门图 2.1测试频率MHz11016202531.2562.5102242&823,42721162716,仏dE24.52724.42623.819.421.315.8"表中为Z3对

36、线中的最差值，蜩!最差的缎倾法中并不V回可题认乎不算大四. PNA100 Q差分套件1. 差分转换头2差分电桥它是一个由三个 100Q无感电阻，与接在测试口上的待测电阻，组成的一个平衡电桥惠士顿电桥。由信号源来的单端信号，通过平衡器变成差分信号后，接到电桥的对角线两端。另一个对角线两端，再通过另一平衡器将误差信号变成单端信号后，送到仪器的接收输入端。即可直接得测得100Q双线系统的回损或驻波比，也可测试输入阻抗；但数值要乘2,因为仪器为50Q系统。五. 结束语直接用常规单端矢量网络分析仪测特性阻抗是可行的，测回损的误差那么大了些，但似乎尚能勉强使用，测衰减那么显著偏大，测窜扰那么严重失实。采用

37、PNA100 Q差分套件后，矢量网络分析仪既可胜任各种双绞线的测试，也可进行时域故 障定位测试。2.4 微带线的测试一微带线Z0的测试待测微带线的样本为一长度?6cm的一块微带线，按前述测 Z0方法，测此线在末端开路与短路时的输入电抗值不管电阻值，两者相乘后开方即得特性阻抗Z0值。二.微带接头的测试在一块50 Q微带线的样本为一长度?6cm的微带线两端装上连接器，对此线进行时域故障检查，调节两端连接器与微带线的过渡尺寸，使得两端的时域反射w0.03 (越小越好)，样本适当长些以便分清两端分别对待。时域测试与频域测试互相对照，有利于对被测线作出更合理的裁决，到频域后可按菜单键再选?时域?返回。三

38、双面复铜板介电常数的测试1.低频测电容法i、公式推导：由物理书可知 C=A & 0 / t, & 0=8.8552 X 10-12 法/米=8.8552 X 10-12F/m 假设 A=10 X 10mm2 , t=1，贝U C=0.8855P，即1平方公分的两个板间距为 1mm时的电容约0.9P, 而1mm见方的面积两板间距为 1mm即1mm电容=0.008855P，有介质后 C= & rC&r=112.9XCXt/A(2.1)ii、作法：用一只能分辨 1P电容的三用表进行测试，如一块 62X 73mm2的复铜板，测得C 为 114P,而 t 扣除铜箔厚度后为

39、 0.96，那么 & r=112.9 X 114X 0.96/ (62X 73) =2.672- 81號谿i、公式推导；对于长令宽h高h的距形腔H谐磁长'入:-F2(222J(机f+(并$+ f必)"对于复铜板？ h不大,故P=0为荀单起见取m=n=K那么 = 2a +(23)二假设日取刃，那么y严iu样本霜昨50X50的方板，四边用铜皮焊住，注意不得有漏鴨也上O2旷中5耦合孔耦iiK枫賦海fe设封玉防案后，作直通校正，然后1輛入输出朋4852两申礙加的电细寸1 Q裤合W甌 押辭厕率如瀬H知阪血那么"右辺O O O4够端E无愍寸切Sffi焊接，紧孵冋E 21

40、42.5 PNA用于测波导系统PNA常用于测同轴线系统，？测波导系统时，应针对手头器件情况进行相应的变动。 一测波导器件的插损与相移只要有两个同斂皮眾艮阿搜肆司無撇as砺法適亍按菜单键，设定扫频方案并按执行键选定之。将两只同轴变波导eg经两只波导隔离器对接起来，入左端接到仪器输出端，出右端接到仪器输入 A 或B端，校直通。插损量程有四档,可按观键来选择,最小一档为0-2.5dB,最大可测80dB。测移相器 相移与插损时，可按菜单键，选?相损?档，画面将随 J键反复出现四种坐标： ?1 .相位量程为 ±80° 每格72°,插损量程为+1-4dB。?2 插损仍为+1-

41、4dB，相位在光标点的附近平移展开每格 5。3 .相位按±180 ° 每格72 °，插损量程改为+5-20dB。4 插损仍按+5-20dB，相位在光标点的附近平移展开每格5°。一.用同轴反射电桥测波导器件或系统的反射特性1.常规扫频测试如图2.16将反射电桥RB接到同轴变波导上，并用一块短路板将波导口短路封上后，按执行键进行校：开路工程。假设同轴变波导的失配很小时，可直接连上待测件进行测试。图诚拆下短路板，接上綁烯件艮冋进師!K此0撷賦值中将包舘轴惑导的反I描竝懺口雯求不赢 这样1故是可行的图2E由于波导口开路并非全反射，因此波导系统测试中一般只好用校短

42、路来代替校开路，这样作对测驻波比回损无妨 ，闪点参数所显驻波比回损数字有效。用短路代开路后相位差了180。，因此再用阻抗圆图来看时，就成了导纳圆图。此时用圆图只宜用来看相位与看曲线集中情况及趋势等，而闪点参数所显相位数值需改正负号即差± 180 ° ，R与X是不太好用的一定要用的话，可将R+jX用50 Q除后取倒数，即得归一后的相对导纳g +jb 。用矢量便于对器件进行匹配。2. 点频计量测试法A .入/4法在上面提到的测试方法中，由于同轴变波导的失配不知道，必然带来误差，这种误差在点频上可用入/4法别离。对于波导系统那么用入g/4 。以点频2450MHz为例，对于 BJ-

43、26 ,入g=173.36,准备一段长度为 入g/4=43.34 ± 0.1的 短波导即可。做法如下：搜测a损越，电痂弑通述邓se到同斂s导晌佛d，在惑导口接上“4短波 争再在以4短波导榊接上短路板在仪器澹共点频、狈问损的情况下；搜执行键，曲瞪椀 开路工程.贝图去丄乳卩匸士口t2ZZ|赚瞒图21加取W4短波导在同轴磁导口 ±»JL®路板，扌粽勰蹺路顷扌如键，iffi? 短路校正.同图2. l&i A取下短路板与24短波导，在同舷*导口上接曲换载同图2.17A记下测娥据|几|与帆,|匚冋由回损FL算出或由打EPt腿 匪寸另项打出.心在同轴变波导口待

44、测件间 串入几旳短波争 记下威打出测试徹据I与见下列图討I cm _人_/& :如1图21卯图解法 用直尺与壘角器，在1玷即可由占几 鼬 J 后轴变液导的反*th J 待图220矢量图心测件的反射。以纸中心为原点，由同一原点、按同一比例在纸上画出连接10与ri的端点a与b,找ab连线的中点 m,贝U om = ICg , ma = rdut。通过这种测试，准确度大大提高，搞清了问题所在，可用低档设备作出高档产品。其实这 种测试的另一目的在于，找出一个好的负载与一个好的同轴变波导以便进行扫频测试。B 单线法单波导法此法实际上是入/法的一种变通或推广，假设手头有的短波导不是也/4，或者想校

45、更多的频点的话，不妨试试此法。按测回损进行连接，在同轴反射电桥上作开路与短路校正。 还要扫频测试，只能在同轴反射电桥上作开路与短路校正。反射电桥接到同轴变波导，并在波导口接上待测件同图出反射数据。在同轴变波导口与待测件之间，接入一短波导电长度靠近180°,记下ri测试值或打印出反射数据同上，画出 10与r的矢量图，连接 r0与n的端点io与r的矢量图,这是因为短波导不是?g/4而且2.17,记下r测试值或打印约90°或30。到150。之间，不宜。见图2.19。a与b,找ab连线的中点，过中点作2 <180 ma = rdut ,ab中垂线，在中垂线上找出一点m,使得/

46、 amb = 2 可由实际波导长度算出，时，m点在矢量三角形内，2>180°时，m点在矢量三角形外。那么om = ICg , 误差已得到别离。此法虽然能扫频测试，但修正还得一点一点的进行。参见图2.21。一般使用时，带宽并不宽，即使按也/4法进行扫频测试，精度也是够好的。C.双线法双波导法假设有两段长度约 ?g/6的短波导，即可采用此法。同B中第一点，按测回损进行连接，在同轴反射电桥上作开路与短路校正。这是因为短波 导不是入g/4而且还要扫频测试，只能在同轴反射电桥上作开路与短路校正。反射电桥接到同轴变波导，并在波导口接上待测件，记下D测试值或打印出反射数据。接法见图2.17。

47、在同轴变波导口与待测件之间，接入一短波导电长度 约60°或30。到90。之间，记下 ri测试值或打印出反射数据。接法见图2.19。在同轴变波导口与待测件之间，再接入一短波导电长度约60°,或30°到90°之间，LILLLJdUt1eg*dut图2. 23，图 2.22用3R与巔器桓Lt画出J心lib那么Qin=rtr,砲=几 養见图2.2比7D 调配反射计法滑动负载法滑动负载在波导中是很容易实现的，有了它，虽可以测三次定一圆见上双线法解 出reg,但通常多采用调配反射计法。这是一种典型的点频计量方法。按测回损进行连接， 在同轴反射电桥上作开路与短路校正，

48、再将反射电桥接到同轴变波导上。在同轴变波导口接上一只四螺钉匹配器，后面再接上一只滑动负载。讨m T T TT JT1 强负執S2, 24*J反复调节四螺钉匹配器，使得拉动滑动负载时反射系数的幅值不变即回损不变或驻波比不变，并不要求为零，此时即可认为反射计已完成调配误差t0 。用调配后的反射计测试出的r值，即可认为是真值。3 .提高扫频测试准确度的校零法介绍计量方法的目的， 除可以进行精密测试外，还有一个目的就是要通过测试找到一只好的波导负载驻波比w1.02作标准负载，与一只好的同轴变波导驻波比w1.1 。假设有了一只标准负载，而且接到上述同轴变波导后所测驻波比w1.13回损-24dB，那么可以

49、按菜单键选校零项并执行之，从而使得测试设备的精度与校零用的负载相当即测试系统的剩余驻波比w1.02。但假设没有好的负载，或者接上负载后驻波?1.13,那么不能校零，否那么反而出错。最好用入g/4短路波导作开路标准，扫频进行开路校正。虽然扫频作开路校正只有一 点严格有效，但常规窄带应用是可行的。三.采用波导定向耦合器测试1 .常规扫频测试将仪器输出端经同轴变波导接到定向耦合器的主路输入端，?付路反射输出接到仪器输入A或B,在主路输出口用短路板封上后校开路。拆下珂?删上待M制呵斫5斑做赋倉旬襯合器2.点频计量测试法采用波导定向耦合器测试后，也能采用点频计量测试法，作法同上 3 .提高扫频测试准确度

50、的校零法采用波导定向耦合器测试后，也能采用提高扫频测试准确度的校零法， 3、。最好用入g/4短路波导作开路标准， 严格有效，但常规窄带应用是可行的。四采用魔T1.见二、中2、各项。作法同上见二、中 扫频进行开路校正；虽然扫频作开路校正只有一点输入常规扫频测试将仪器输出通过同轴变波导接到魔 A或B,将标准波导负载接到魔T的和支路,?将差支路通过同轴变波导接到仪器T的一路，另一路用短路板封上后校开路。拆下短路板接上待测件即可进行驻波比测试。点频计量测试法采用魔T测试后，也能采用点频计量测试法，作法同上见二、中2、各项。提高扫频测试准确度的校零法3.采用魔T测试后，也能采用提高扫频测试准确度的校零法

51、，作法同上见二、中3、。最好用入g/4短路波导作开路标准，扫频进行开路校正；虽然扫频作开路校正只有一点严格有效，但常规窄带应用是可行的。§ 3常用器件的测试3.1电感分立元件一. 标称值的测试标称值一般用LCR仪器进行测试，也可用 PNA进行测试。1.用PNA3628，按测回损连接；2 .扫频方案设为 0.1590MHz点频；3 .在电桥测试口上校开路与短路；4在测试口插上待测件即可测出其R与X值，R用于优值Q的计算，由X即可算出电感L值。X = j 3 L = j2 n fL = jL 卩 H，因此 |X| Q = |L| 卩 H，女口 X 测试值为-j10 Q 即为 10 卩 H

52、。5 .按0.1590MHz设置，适于测 1999卩H ;按1.590MHz设置，适于测 0.199卩H，即0.1|X| Q = |L|卩H，读数除以10;按0.0160MHz设置，适于测 109999卩H，即10|X| Q = |L|卩H,读数乘以10;6 也可用列表扫频方案，同时使用两或三个频率进行测试。二射频下的电感测试这是一个值得思考的例子，有位用户在其150MHz , BP机主台发射机中一直采用一种线圈在1/4W电阻上，用漆包线绕 40圈,其目的估计是用作扼流圈。谁知，在PNA上一测却为容性。是仪器出了问题吗？为此，对其进行了超频带范围的测试，结果整理如下：3O-4OONHZ'

53、;00030. 0HH計0400.,00030* 0MH旅®040(?,OMHi+r 线圈恥 圏3同©0030- OMH裁ei400. OlflHz+J00030*对®1400. OMHe-'线圈曲E乱4+线圈A的阻抗轨迹为一个大圆，局部有 3个小圆。线圈B 空心者呈现4个偏心圆。下面给一组参考数据，用 0.35漆包线在5杆上 平绕假设干圈脱下来即成为一个线圈, 对于这种线圈其第一谐振点f01大致可用下表查出范围。fei MHz 21037Q5P0上列®据可用下式拟令血齐2D00/1?於383021490谐振时呈电阻性即 =0,用相位来定谐振点明

54、确一些，比用R好。第一个谐振点为并联谐 振形式，低于第一个谐振点的频率呈电感性，高于第一个谐振点的频率呈容性。这里并不试图解决线圈估值与设计问题，而是通过实例说明：不能简单地将高频结构用到甚高频，更不谈用到超高频。这儿主要想说明器件或零件用在什么频率，就应该在什么频率下进行测试。对射频工作者来说，手头没有矢网进行测试，不仅仅是不方便，有时还会作出错 误的选择。3.2电容分立元件一. 标称值的测试1 按测回损连接；2 .扫频方案设为 63.662MHz点频非3628型仪器只好设为 63.65MHz;3 在电桥测试口接上短路器后校开路，取下短路器后校短路。阻抗圆图变成导纳圆图；4 .插入待测件即可测出其导纳值 G+jB ，从而算出电容C值。注意：屏幕上仍显R+jX。 但要知道其实是 G+jB。经过计算从略,|X|Q =|C|p,