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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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