- 網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu)和原理
- 網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差和校準(zhǔn)
- 網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用
- 網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)Q/A
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網(wǎng)絡(luò)分析儀是通過正弦掃描測量獲得線性網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)以及阻抗函數(shù)的儀器，它通過測定網(wǎng)絡(luò)的反射參數(shù)和傳輸參數(shù)，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)中元器件特性的全部參數(shù)進(jìn)行全面描述，廣泛地應(yīng)用于分析各種不同部件、材料、電路、設(shè)備和系統(tǒng)，如手機(jī)3G信號(hào)、RF產(chǎn)品測試等，是優(yōu)化模擬電路設(shè)計(jì)和調(diào)試檢測電子元器件不可缺少的測量儀器。本講剖析網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu)和原理，深入解析網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差和校準(zhǔn)，介紹網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用工序，并分享網(wǎng)絡(luò)分析儀的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，以幫助微波電路設(shè)計(jì)和測試工程師解決實(shí)際測量問題。
網(wǎng)絡(luò)分析儀可直接測量有源或無源、可逆或不可逆的雙口和單口網(wǎng)絡(luò)的復(fù)數(shù)散射參數(shù)，并以掃頻方式給出各散射參數(shù)的幅度、相位頻率特性。自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀能對(duì)測量結(jié)果逐點(diǎn)進(jìn)行誤差修正，并換算出其他幾十種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如輸入反射系數(shù)、輸出反射系數(shù)、電壓駐波比、阻抗（或?qū)Ъ{）、衰減（或增益）、相移和群延時(shí)等傳輸參數(shù)以及隔離度和定向度等。
網(wǎng)絡(luò)分析儀分為標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀只測量線性系統(tǒng)的幅度信息；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可同時(shí)進(jìn)行幅度傳輸特性和相位特性測量。以下是網(wǎng)絡(luò)分析儀的原理介紹。
網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu)和原理
網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠完成反射、傳輸兩種基本測量，從而確定幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)特性，S參數(shù)是其中最基本的特性。
基本的網(wǎng)絡(luò)分析儀主要由信號(hào)源、信號(hào)分離裝置、接收機(jī)和處理顯示單元組成（如圖1所示）。
圖1 網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)組成
信號(hào)源：向被測網(wǎng)絡(luò)提供入射信號(hào)或激勵(lì)，具備頻率和功率掃描功能。
信號(hào)分離裝置：包括功分器（提供參考信號(hào)）、定向耦合器、電橋，其中定向耦合器用于器件反射性能測試，定向耦合器連接端點(diǎn)是反射特性測試點(diǎn)
接收機(jī)：接收機(jī)噪聲電平小，網(wǎng)絡(luò)分析測試動(dòng)態(tài)范圍大；接受機(jī)噪聲電平高，網(wǎng)絡(luò)分析測試動(dòng)態(tài)范圍小。接收器針對(duì)不同的特性要求也有不同的結(jié)構(gòu)，可被看作是帶有下變頻器、中頻濾波器以及矢量檢測器的窄帶接收機(jī)，類似于矢量信號(hào)分析儀。它們可以提取出信號(hào)的實(shí)、虛部，用于計(jì)算幅值和相位信息。此外，所有接收器都與信號(hào)源使用相同的相位參考，可以在相同的相位參考下計(jì)算接收信號(hào)與入射信號(hào)的相位關(guān)系。
處理顯示單元：包括標(biāo)識(shí)讀取測試結(jié)果、極限判斷、顯示比例和標(biāo)識(shí)、文件處理等。
信號(hào)源通過信號(hào)分離模塊饋入DUT輸入端，信號(hào)分離模塊可看作一個(gè)測試裝置。在這里，將反射信號(hào)和傳輸信號(hào)分離進(jìn)不同的組件測量。對(duì)于每一個(gè)頻點(diǎn)，處理器測量信號(hào)并計(jì)算參數(shù)值(例如S21或駐波比)。然后再進(jìn)行用戶校準(zhǔn)，對(duì)提供數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤校正，在顯示器上查看參數(shù)以及修正后的數(shù)值，并使用其它用戶功能，比如縮放波形圖。
圖2 網(wǎng)絡(luò)分析儀測試信號(hào)流程[page]
網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本結(jié)構(gòu)絕大部分在測試裝置中實(shí)現(xiàn)。一旦分析儀測量出入射信號(hào)（R參考接收器）和傳輸信號(hào)的幅值和相位，或者是反射信號(hào)（A和B接收器）的幅 值和相位，就可計(jì)算出四個(gè)S-參數(shù)值，如圖3所示。
圖3
關(guān)于網(wǎng)絡(luò)分析儀詳細(xì)的原理介紹，請查看
網(wǎng)絡(luò)分析儀的原理詳解
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網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差和校準(zhǔn)
網(wǎng)絡(luò)分析儀測量誤差包括系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和飄移誤差。如圖4所示。
圖4
一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)分析儀正向不確定性的來源包括：傳輸和反射追蹤；負(fù)載和源匹配；定向性和隔離，這些再結(jié)合反向6個(gè)誤差項(xiàng)，共有12誤差項(xiàng)。用戶校準(zhǔn)需要充分考慮這12個(gè)誤差，以便得到適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)來用到測量數(shù)據(jù)當(dāng)中。這項(xiàng)修正是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的顯著的精度的主要原因。
網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)通常通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析儀的套包的一系列校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)或者是用戶制定，用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)來完成。一系列的修正參數(shù)通過比較已經(jīng)知道的存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)和根據(jù)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生了出來。在校準(zhǔn)測試中這些就被用在數(shù)據(jù)中以補(bǔ)償錯(cuò)誤源。
而網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)分為頻響校準(zhǔn)和矢量校準(zhǔn)，其中頻響校準(zhǔn)又稱為歸一化處理，比較簡單，但是只能消除跟蹤誤差（頻響誤差）；而矢量校準(zhǔn)則需要更多校準(zhǔn)件，可消除更多誤差項(xiàng)目，但是要求矢量測試能力。
三個(gè)系列的校準(zhǔn)經(jīng)常用在網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)當(dāng)中：
1. 短路的，開路的，負(fù)荷的，直達(dá)的(SOLT)
2. 直達(dá)的，反射的，線性的 (TRL)
3. 使用外部自動(dòng)化的校準(zhǔn)模型的自動(dòng)校準(zhǔn)
由于每一個(gè)系列的校準(zhǔn)都有很多不同的要求，需要根據(jù)DUT，測試系統(tǒng)，以及測試要求來決定使用哪一種方法。網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)是其使用的一個(gè)步驟，下面介紹網(wǎng)絡(luò)分析儀使用的完整步驟。
網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用
網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用步驟包括：準(zhǔn)備、操作、校準(zhǔn)和執(zhí)行。
準(zhǔn)備
準(zhǔn)備網(wǎng)絡(luò)分析儀和DUT
• 清潔，檢查和測量所有連接器
• 如果使用SOLT校準(zhǔn)，選擇一種處理非插入式連接的方法
• 連接分析儀的電纜和適配器到分析儀上[page]
操作
• 預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)分析儀
• 設(shè)定源參數(shù)，包括頻率，功率，速度系數(shù)和IF帶寬
• 連接DUT，驗(yàn)證安裝，電纜，適配器和運(yùn)行
• 選擇S-參數(shù)測量和顯示格式
• 若可以，設(shè)定特殊的測量目標(biāo)，如參考平面的擴(kuò)展
• 觀察響應(yīng)
• 移除DUT
校準(zhǔn)
• 選擇適當(dāng)?shù)男?zhǔn)工具包或定義輸入校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)
• 設(shè)置IF帶寬并平均以最小化校準(zhǔn)期間的噪聲
• 手動(dòng)校正或使用自動(dòng)校準(zhǔn)
• 采用熟知的核查標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證校準(zhǔn)質(zhì)量
• 保存儀器狀態(tài)和校準(zhǔn)
執(zhí)行
• 連接DUT
• 從校準(zhǔn)步驟中得到合適的校正參數(shù)
• 測量并保存DUT參數(shù)
網(wǎng)絡(luò)分析儀在正確使用的前提下，是某些最精確的射頻儀器，典型的精度為± 0.1 dB和±0.1度。它可以進(jìn)行精確，可重復(fù)的RF測量。現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀提供的配置和測量能力像他們應(yīng)用范圍一樣廣泛。選擇合適的儀器，校準(zhǔn)，功能，以及采用可靠的RF測量方法，可以最優(yōu)化你的網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)果。
關(guān)于網(wǎng)絡(luò)分析儀詳細(xì)的應(yīng)用介紹，請查看
網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差、校準(zhǔn)和應(yīng)用
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網(wǎng)絡(luò)分析儀測天線S參數(shù)應(yīng)用實(shí)例
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網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)Q/A
1如何使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量天線的駐波比？（天線連接有一根50歐的同軸電纜，應(yīng)使用網(wǎng)分的哪一個(gè)端口去接天線的饋線輸入端？怎樣設(shè)置網(wǎng)分的測量功能？）
答：
1、打開網(wǎng)絡(luò)分析儀，然后按下‘PRESET’鍵，準(zhǔn)備進(jìn)行設(shè)置。
2、設(shè)置監(jiān)視的頻率范圍：按下‘FREQ’鍵，按下‘CENTER’軟鍵，使用數(shù)字鍵輸入掃頻段的中心頻率，例如144，然后按下‘MHz’軟鍵。
3、按下‘SPAN’軟鍵，輸入測量帶寬，使用數(shù)字鍵輸入‘10’，然后按下‘MHz’軟鍵。
4、選擇測量端口：按下‘CHAN 1’鍵，然后再按下‘TRANSMISSION’軟鍵。
5、選擇測量類型：按下‘FORMAT’鍵，然后從菜單選擇‘SWR’。
6、按下‘REFERENCE POSITION’軟鍵，在屏幕菜單上選擇‘9’，然后按下‘ENTER’軟鍵。
7、設(shè)置測量標(biāo)記為113MHz和115MHz：按下‘MARKER’鍵，然后在屏幕菜單上輸入‘1’。使用數(shù)字鍵盤輸入‘113’，然后按下‘MHz’軟鍵。然后在屏幕菜單上輸入‘2’。使用數(shù)字鍵盤輸入‘115’，然后按下‘MHz’軟鍵。
8、在‘REFLECTION’菜單下，按下‘CAL’，然后選擇‘ONE PORT’。
9、在網(wǎng)絡(luò)分析儀的RF OUT端，安裝開路校準(zhǔn)設(shè)備。
10、按下‘MEASURE STANDARD’，等一會(huì)兒，直到出現(xiàn)‘CONNECT SHORT’為止。
11、在網(wǎng)絡(luò)分析儀的RF OUT端，安裝短路校準(zhǔn)設(shè)備，按下‘MEASURE STANDARD’，等一會(huì)兒，直到出現(xiàn)‘CONNECT OPEN’為止。
12、在網(wǎng)絡(luò)分析儀的RF OUT端，安裝50Ω的終端電阻，按下‘LOAD’，等一會(huì)兒，直到出現(xiàn)‘CONNECT LOAD’為止。
13、將天線電纜連接到在網(wǎng)絡(luò)分析儀的RF的輸出端。
14、在網(wǎng)絡(luò)分析儀上，按下‘MARKER’，顯示測量標(biāo)記。
15、在‘REFLECTION’菜單下，按下‘MEAS’，即可顯示出天線在144MHz的駐波比。
2矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)上的中頻帶寬、反射跟蹤、傳輸跟蹤、有效方向性、有效源匹配、有效負(fù)載匹配，這些都是什么意思？
答：
中頻帶寬：信號(hào)是分頻段的，這是指在中間頻段上儀器允許同時(shí)通過的頻率范圍；
反射跟蹤：是指對(duì)反射信號(hào)的跟蹤能力；
傳輸跟蹤：是指對(duì)傳輸信號(hào)的跟蹤能力；
有效方向性：一般是指無線信號(hào)的接收方向控制；
有效源匹配：指能夠分析的信息源；
有效負(fù)載匹配:是指分析時(shí)較為合理的負(fù)載值，負(fù)載不匹配時(shí)接收信號(hào)會(huì)很弱。
3網(wǎng)絡(luò)分析儀上的S參數(shù)是什么意思呢？
答：S 參數(shù)（散射參數(shù)）用于評(píng)估 DUT 反射信號(hào)和傳送信號(hào)的性能。S 參數(shù)由兩個(gè)復(fù)數(shù)之比定義，它包含有關(guān)信號(hào)的幅度和相位的信息。如圖所示S 參數(shù)通常表示為：
S輸出 輸入
輸出：輸出信號(hào)的 DUT 端口號(hào)
輸入：輸入信號(hào)的 DUT 端口號(hào)
例如，S 參數(shù) S21 是 DUT 上端口 2 的輸出信號(hào)與 DUT 上端口 1 的輸入信號(hào)之比，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)都用復(fù)數(shù)表示。
當(dāng)啟動(dòng)平衡-不平衡轉(zhuǎn)換功能時(shí)，可以選擇混合模 S 參數(shù)。
