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RF讲义-网络分析仪与频谱分析仪基础培训


矢量网络分析仪基础培训

Yan.Xin

2003/12/03

矢量网络分析仪是测试高频器件性能的最常用的测试仪器。常用来测试下列器件

High

双工器Duplexers or Diplexers 滤波器Filters 耦合器Couplers

收发信

机 Transceivers 低噪放LNA 功放PA

分路器Splitters, dividers

I集成度

合路器Combiners 天线Antennas 隔离器Isolators 开关Switches 环形器Circulators 衰减器Attenuators

Low

同轴电缆Cables

无源

器件类型

有源

RF微波信号的特性与光有相似性

入射光

透射光 反射光



入射波

投射波

待测件DUT
反射波
RF

高频器件的主要特征参数
入射信号 透射信号

R
反射信号

B

A
反射
反射信号 入射信号 = A R

透射
透射信号 = B R

入射信号

SWR S-Parameters S11, S22 Reflection Coefficient G, r

Return Loss

Gain S-Parameters S21, S12 Insertion Loss Transmission Coefficient T,t

反射参数
电压反射系 数

G

V reflected = = V incident

r

F
G

= 功率Return loss = -20 log(r ),

ZL - ZO = ZL + ZO

Emax 电压驻波比 Emax Emin VSWR = Emin
No reflection (ZL = Zo)

=

1+r 1-r

Full reflection (ZL = open, short)

0

r
RL VSWR

1 0 dB

? dB
1

?

传输参数
V
入射

V
DUT

传输or透射

传输系数

T
V

=

V Transmitted V Incident
=

=

t?? t

(功率)插损 (dB) = - 20 Log

Trans Inc

V V
增益 (dB) = 20 Log
Trans Inc

- 20 log

=

V

20 log

t

由于一些原因,我们一般测量器件的S参数
a1
入射 反射

S

21

传输or透射
DUT

b2 Z0
Load

Forward
S S = =

S 11

b1

a2 = 0

11

反射 入射 透射 I入射

21

b1 = a 1 b 2 = a

a2 = 0

S S

22

= =

反射 入射 透射 入射

1

a2 = 0

12

b2 = a 2 b 1 = a
b2

a1 = 0 a1 = 0

2

a1 = 0
Z0
Load
DUT

S 22
反射 入射

Reverse
a2

b1

传输or透射

S 12

各个S参数与 一般测量参数是一一等效的

S11 = 前向反射系数 (input match) S22 = 反向反射系数 (output match) S21 = 前向传输系数 (gain or loss) S12 = 反向传输系数 (isolation)

我们习惯用取对数后的形式来表示S参 数,即以dB形式来表示

测量中存在的三种误差
系统误差:可以通过对仪器进行校准来减小此误差

随机误差 漂移误差
Errors:

SYSTEMATIC
Measured Data

RANDOM DRIFT

Unknown Device

测量中主要使用两种连接器或转 接头
N型 (Male)阳头

(Female)阴头

注意:在使用中,N型头可以直接用手拧,而SMA头必须使用力矩扳手;两者拧接时皆为旋拧阳头, 电缆接头一般为阳头;不按此操作易损伤接头和减少其寿命

SMA型 (Male)阳头

(Female)阴头

注意:在使用中,N型头可以直接用手拧,而SMA头必须使用力矩扳手;两者拧接时皆为旋拧阳头, 电缆接头一般为阳头;不按此操作易损伤接头和减少其寿命

N型转接头

SMA转接头

(Male)阳头

(Female)阴头

校准合中一般也有两种规格的校准件 :N型(M 和F);SMA型(M和F)
?

在校准时一定要根据校准件的规格 来选择相应的校准菜单
?

根据准确度的不同,有几种校准类型
?

“RESPONSE”校准(准确度较差,但是校准过程简单) 用一双阴头
thru
thru

?

SHORT 1-port 校准 (用于反射参数测量) OPEN

LOAD

Full 2-port (全端口)校准 (准确度最高,用于正式测试)

SHORT

SHORT

OPEN

OPEN

LOAD

LOAD

thru

RESPONSE”校准操作步骤

?

Full 2-port (全端口)校准操作步骤

校准效果简单检查与判别

1:校准完成后,首先不接任何转接头和器件,矢网显示的 S11和S22值在校准频段内应该为接近于0的一个负值; 否则说明校准不好
2:其次接标准50欧负载到两端口,矢网显示的S11和 S22值在校准频段内应该为小于-40dB的一个值; 否则说明校准不好

3:第三步可在两端口间接另一双阴转接头(最好不是 校准时所用的那个),矢网显示的
S21, S12值在校准频段内应该为接近于0的一个负值; S11,S22值在校准频段内应该小于-40dB 否则说明校准不好

Response校准和Two-Port 全端口校准测试结果 对比
测试一滤波器的插损
CH1 S21 &M log MAG CH2 MEM log MAG Cor 1 dB/ 1 dB/ REF 0 dB REF 0 dB

After two-port calibration After response calibration

Cor

Uncorrected

x2 1

2 START 2 000.000 MHz

STOP 6 000.000 MHz

频谱分析仪使用基础培训

频谱仪和网络分析仪最主要的区别
.

8563A

SPECTRUM ANALYZER GHz

9 kHz - 26.5

Amplitude Ratio

Amplitude

对器件性能 进行测量
Frequency

Frequency

测量未知信 号(与示波 器有些相似 )

Network analyzers:
?

Spectrum analyzers:
?

measure components, devices, circuits, sub-assemblies

measure signal amplitude characteristics carrier level, sidebands, harmonics...)

什么叫频谱分析?

8563A

SPECTRUM ANALYZER

9 kHz - 26.5 GHz

Angilent公司频谱仪前面板功能区分布
主功能键 (Frequency, Amplitude, Span)

软功能菜 单键

8563A

SPECTRUM ANALYZER

9 kHz - 26.5 GHz

控制功能键 (RBW, sweep time, VBW) RF 输入 数字键盘

8563A

SPECTRUM ANALYZER

9 kHz - 26.5 GHz

频率范围:中心频率+SPAN ? 精确度: Frequency & Amplitude ? 分辨率:RBW;VBW ? 动态范围
?

频谱仪测试基本设置 1:频率和幅度校准:一般不用自己校准,工程师已经校好 2:中心频率和SPAN设置 3:分辨率带宽(RBW)与VBW设置以及扫描时间设置 一般来说,RBW越小,频谱分辨度越高,测试越精 确但扫描时间越长,测试效率越低。 一般设置3RBW=VBW 4:在IMD测试中要确认排除频谱仪本身的互调产物影响 测试结果 注意:输入信号功率大小不要超过+30dBm;不可输入直流 信号,在测试有源信号时必须加“DC Block”隔直电容

信号源基础培训

信号源使用前的基本设置 1.频率和幅度校准工作:已经由工程师完成,所以不需要大家 再校;

2.按“Frequency”键后利用数字键设定信号源到测试所用频率, 此前应该确认“RF Power”处于“OFF”状态; 3.按“Amplitude”键后利用数字键设定信号源到较小功率, 如-60dBm;此时“RF Power”处于“OFF”状态

使用时的注意事项 1 测试时尽量不要将信号源输出信号功率调到+10dBm以上, 如果需要输出大信号请加驱动功放;

2 测试功放等放大电路或模块时,为防止过大的反射信号烧坏 信号源,最好在信号源输出口加一隔离器进行保护;


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