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1、-矢量网络分析仪根底知识及S参数测量1 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则称为两端口网络。注意：这儿的网络与计算机网络并不是一回事，计算机网络是比较复杂的多端口网络，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zui后又称终端负载。zui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，在射频畴用反射系数回损、驻波比、
2、S11更方便些。 2两端口网络 zui常见、zui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细负载标阻后，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。插损IL = 20LogTdB ，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，但对讲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。 S11与网络输出端接上匹配
3、负载后的输入反射系数相当。注意：它是网络的失配，不是负载的失配。负载不好测出的，要经过修正才能得到S11 。 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zui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，频率更高则会用到微带线与波导，虽然构造不同，用
4、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 它是一种由构造尺寸决定的电参数，对于同轴线：式中r为相对介电系数，D为同轴线外导体径，d为导体外径。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。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.来描述反射系数的幅度特性，并且将负号扔掉。回损 R.L. = 20LogdB 当| 1时，=
5、 1 + 21.6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*一小圆，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，*一点的反对称点即其导纳。请记住当时的状态
6、，作阻抗运算时图上即阻抗，当要找*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，否则出错。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，否则又要把人弄昏。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两端口网络，不再重复。1.3 有关仪器的几个术
7、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一样，只不过构造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
8、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，按执行键进展校直通后，拔掉电缆后仪器显示的数值即动态围，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。
9、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3040分贝左右，随着频率增高到3GHz，一般只能在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，则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
10、，或起伏数少，则电缆本身质量不好。 3回损测试曲线中*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*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1014dB，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
11、曲线，此法为zui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zui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，小有起伏也不要紧，那是反射叠加引起的。但假设有*一频点附近显著高于左右频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，则此电缆只能隔离待查，停顿使用。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
12、插损与回损可按说明书4.7节进展双参量测量。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引言在射频围，经常采用同轴电缆对各个功能块、器件或振子单元进展连接即馈电，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，而收发开关或阻抗变换场合则会提出长度为/4的要求，而U形环平衡器又会提出长度为/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
13、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，因此常在末端开路的情况下进展测试。、/4电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/4时，相位读数应在1800附近。假设1800则说明电缆偏长，反之则偏短。此法也适于测/4奇数倍的电缆，致于是3/4还是/4，点频下是分不清的。、/2电缆的
14、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/2则测试相位值应在00附近，假设在00以上*象限，则电缆偏短，假设在3600以下第四象限，则偏长。此法也适于/2整倍数的电缆，至于是还是/2，在点频下是分不清的。、与参考电缆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=0则说明两电缆等长，不等则相差为-0，注意仪器相位为ling先值，读数越大越ling先，大于0则偏短，反之则偏长。、几点说明、两种，由于是在/4与/2特殊情况下进展的，与电缆特性阻抗无关，而第种测试精度与特性阻抗有关，只有一样特性阻抗
15、的电缆比较才有意义，否则出错。在测试中有时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，假设更靠近理论值则说明电缆短了。还有一种方法，是用三个频率，即f0f，扫频测试，假设高频点接近理论值则电缆短了，假设低频点接近理论值则电缆长了。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。下面介绍一下比较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0。换接待测电缆，假设测试值亦为0则两者等长，假设测试值为，-0为正则短了，反之则长了。搞不清时，请参见上面几点说明中的第二点。 4时域故
