s参数定义矢量网络分析仪基础知识和s参数测量义讲全套Word文档格式.docx

1、S21=b1/a1. 对于无源网络即传输系数T或插损，对放大器即增益。S12：反向隔离度，描述器件输出端的信号对输入端的影响，S12=a2/b2。特点：1、 对于互易网络有S12S212、 对于对称网络有S11S223、 对于无耗网络，有S11*S11+S21*S211，即网络不消耗任何能量，从端口1输入的能量不是被反射回端口1就是传输到端口2上4、 在高速电路设计中用到的微带线或带状线，都有参考平面，为不对称结构（但平行双导线就是对称结构），所以S11不等于S22，但满足互易条件，总是有S12S21。假设Port1为信号输入端口，Port2为信号输出端口，则我们关心的S参数有两个：S11和S

2、21，S11表示回波损耗，也就是有多少能量被反射回源端（Port1）了，这个值越小越好，一般建议S110.7，即3dB。如果网络是无耗的，那么只要Port1上的反射很小，就可以满足S210.7的要求，但通常的传输线是有耗的，尤其在GHz以上，损耗很显著，即使在Port1上没有反射，经过长距离的传输线后，S21的值就会变得很小，表示能量在传输过程中还没到达目的地，就已经消耗在路上了。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。反射系数、回波损耗、电压驻波比回波损耗（Return Loss）: 入射功率/反

3、射功率, RL=-S11=-20lg（），为dB数值反射系数（）: 反射电压/入射电压, 为标量=反射波振幅/入射波振幅=（传输线特性阻抗-负载阻抗）/（传输线特性阻抗+负载阻抗），即=|（ZL-Zo）/（ZL+Zo）的绝对值 电压驻波比（Voltage Standing Wave Ration）: 波腹电压/波节电压，VSWR=电压最大值/电压最小值=Umax/Umin= （1+反射系数模值）/（1-反射系数模值）=（1+）/（1-）行波系数：K=电压最小值/电压最大值=Umin/Umax=（入射波振幅-反射波振幅）/（反射波振幅+入射波振幅）反射系数、回波损耗、驻波比对照表（RL单位是dB

4、,实际值是负值）基本网络基数： 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，虽然结构不同，用途各异，但其基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：式中r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。由于反射系数永远1, 而且在甚高频以

5、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 （1.4） 有反射时, 线上电压即有起伏, 驻波比（S.W.R）是使用开槽测量线最易得到的一个参数，比较直观。 当| 1时，= 1 + 2 （1.6）本仪器三种读数皆有, 可任意选用。阻抗圆图 如A，B两个规格的天线，若只在标网上选择，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

6、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，若要作并联运算时，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

7、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

8、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

9、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。假如是全频段测试的话，那一般是低端约在3040分贝左右，随着频率增高到

10、3GHz，一般只能在20dB左右。假如全频段能在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；若低端就不好，甚至低频差高频好，或起伏数少，则电缆本身质量不好。 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

11、现象在1998年我们买的SYV-50-3电缆中多次碰到，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

12、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。但若有某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，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，若无必要，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、

13、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（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

14、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行测试。 、/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），若电缆正好为/4时，相位读数应在1800附近。 若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。假如连接器是仔细设计，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，只能由长度定扫频方案而对于电缆原材料，则可以按要求频率确定下

15、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/ 8、电抗值在j50附近，如4060之间，否则不易得到可信数据。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

16、最靠近2700的点（即50）进行计算即可，要求高时，可在5010范围内选5点进行平均，这5点之间起伏不应大于0.5，否则电缆质量不好。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0.5.注意: 1：虽然所有/ 8奇数倍的频点皆能进行测试，但只测了前面/ 8，后面/4及其倍数都是不参与的；它只提供了0点与点，这两点只与长度有关，而与Z0无关。 2：测75电缆时，请用75电桥，测试数据请乘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

17、好，否则不易通过。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，若读数仍在70dB以上则电缆性能优秀，若读数在60dB左右属良好，若读数在40-50dB就不太好，但勉强能用，若读数在20-30dB则肯定有了故障，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

18、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。2.2 PNA用于测量75系统的补充说明 PNA本身是50系统测量仪器，在有75配套件的情况下，可在30-1000MHz频段内对75系统进行测量。 1测回损 主要是改用75电桥，该电桥输入输出端口仍为50，故仍然可用原配电缆接上，而电桥测试端口为75，即能按原说明书所述方法对75系统的反射特性进行测试。测阻抗或相位或者所测驻波较大时，请用75短路器加校短路。对电桥定向性有怀疑时，可用75负载验证，也可采用校零措施。改用75电桥测试75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

19、器输出输入端各接一根50电缆，在电缆另一端各接一只50K/75转换，并用75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50的，也可以是75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电桥外其他与说明书全同，校短路请注意要用细芯子的75短路器。 注意：由于75与50两者内导体差别较大，使用时应小心不要插错，粗的插入细的会损坏器件，细的插入粗的则接触不良甚至不通。 5. 75配套件清单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

20、提出了技术要求，如何用常规单端（一线一地制，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24AWG26AWG）。 注：在执行5类线标准验收时，有的用户要求按输入阻抗为10015来验收，其理由为既然有特性阻抗为10015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，否则就没有必要定第二栏的要求。对于100MHz，标准规定回损为16dB，假如按输入阻抗要求则为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|10015来要求传输线的输入阻抗，是会闹笑话的。比如Zin=