网络分析仪交流培训教材 network analyzer basics

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网络分析仪交流培训教材Network Analyzer Basics


教材培训大纲

本培训教材包括两步分• 一、网络分析仪测试基础知识

• 网络分析仪组成基本原理及校准误差分析


网络分析仪测试基础知识

什么是网络分析仪？任意一个微波元器件或微波电路、部件、整机都可以等效成

一个网络，可用散射参数即 S 参数来表征微波网络的特性，等效网络的插损、衰减、隔离度、方向性、相移、群时延、驻波比、反射系数等参数均可由 S 参数导出，用于测量网络 S 参数的仪器称为网络分析仪

网络分析仪主要研究被测件传输 / 反射特性与工作频率的关系

网络分析仪测试的对象是各种元器件及器件组成的系统，要掌握网络分析仪，需首先正确理解关于器件（系统）相关的性能指标，明确各项指标具体要求、定义及对系统的影响。


网络分析仪测试基础知识

• S 参数起源于传输线理论，在射频 / 微波网络的分析和设计中得到广泛应用。高频情况下，网络的端口电压、电流不能精确测量，失去了意义；而只能在端口上使用 ( 沿传输线传播的 ) 入射波 (incident wave) 、反射波 (reflected wave) 和传输波 (transmitted wave) 作为网络端口变量。

• 由于传输媒介的不均匀性，电磁波的传播很难畅通无阻，很容易形成散射。比如，光就经常以散射的方式传播。 S 参数即散射参数（ Scattering Parameter ）。

• 高频网络分析所关心的 ( 即其研究对象 ) 是电磁能量的传输情况，即功率传输；以网络的反射系数和传输系数为分析基础。而 S 参数正是网络的功率匹配特性的量度

• 一个电子系统由各种元件组成，对每个元件及整个系统都有功能和相应指标的要求。例如：滤波器的带通带宽、带外抑制；放大器的增益、输出功率、平坦度；耦合器的耦合度、方向性、隔离度等。测试人员需要对每个部件进行规划和测试，才能保证整个系统稳定、正常的工作。


网络分析仪测试基本概念

传输线基础反射特性史密斯圆图传输特性S 参数1dB 压缩点AM/PM 转换指标


射频信号在器件中的传播


射频信号在器件中的传播

• 通过说明光在透镜中的传播过程可以帮助我们理解射频或微波信号在器件（部件、网络）中的工作过程。

• 当射频信号输入到某个器件上时，会产生相应的反射和传输。每个器件在工作状态下，其传输和反射信号的大小和相位都是不同的。而反射和传输的特性决定器件对信号的处理作用。射频电路的设计实际上就是定量控制器件的反射和传输特性


传输线基础知识

• 低频传输线• 信号波长 >> 线长• 电压 / 电流测试值大小

与测试位置无关• 高频传输线• 信号波长＝ or<< 线长• 信号包络电压与传输

线位置有关


传输线基础知识

• 对于射频电路，保证信号能在器件中有效的进行功率传输是最大目的。

• 低频信号的波长远大于传输器件的长度，一根简单的传输线对于传输功率就是很有用的，导线中的电压和电流是不随时空变化的常数。电流容易在传输线上进行传播，传输线电压和电流的测量与测试点的位置无关

• 高频信号的波长等于或小于被件的尺寸，在传输线上不同测试点得到的电压和电流均会不同，传输线上的电压和电流随会时间和空间的变化而变化


传输线反射特性－全匹配


传输线反射特性－全匹配

• 传输线终端接匹配负载，信号传输过程相当于无穷长线，传输线上形成行波

• 当传输线终端接负载 Zo , 输出负载上的信号功率最大。传输线上只有正向传输信号，没有反射信号，信号波形为恒定包络正弦波，传输效果等效为无穷长传输线。

• 补充：无线长的的均匀无耗传输线上各点的电压电流的最大值或有效值都是相等的；因此他们的阻值也是处处相等的。


传输线信号反射特性－全反射

• 传输线终端形成开路或短路，所有传播信号被反射回入射端

• 传输线上形成驻波


传输线反射特性－全反射

• 传输线终端开路时，开路端电流为零。端点反射信号电流与输入信号电流幅度相等、相位相反，而反射信号电压与输入信号电压同相。信号关系满足欧姆定律。

• 传输线终端短路时，开路端电压为零。端点反射信号电压与输入信号电压幅度相等、相位相反，而反射信号电流与输入信号电流同相。信号关系满足欧姆定律。

• 发生全反射时，传输线上同时存在正向输入信号和同功率的反射信号。这两个信号在传输线上矢量叠加，形成驻波。驻波的波峰为输入信号电压2倍，谷值为零。


传输线信号反射特性－部分反射


传输线信号反射特性－部分反射

• 传输线终端接其它负载时，部分传播信号被反射回入射端，传输线上形成行驻波

• 在山图中，传输线终端接 25欧姆电阻时，输入信号的一部分被反射。反射信号和输入信号进行矢量叠加从而引起波形包络起伏变化。


反射特性—传输效率


反射特性－功率传输效率

• 当阻抗不匹配时，就会产生反射信号，也就是说：造成器件（系统）端口反射的根本原因时阻抗不匹配，研究器件（系统）的反射特性与研究器件的端口阻抗等效。

• 当复杂中由级联电路组成，第 2 级电路的输入阻抗是第一级电路的负载，在阻抗满足共轭匹配条件时，负载上得到最大功率传输


传输线特性阻抗 Zo


传输线特性阻抗 Zo

• 说明，对于所有形式的传输线，如：同轴电缆；波导；双绞线；耦合线等。其特性阻抗反映信号电压与信号电流的关系。特性阻抗只与传输线物理参数有关，如“同轴线内导体外径；外导体内径；介质介电常数，而和工作频率及传输线长度无关。

• 对于低功率场合，如： cable TV ，系统要求有很小的传输损耗，系统特性阻抗规定为 75欧姆，但对于其它射频微波系统，考虑功率容量和传输损耗的折衷，特性阻抗规定为 50欧姆。


反射特性参数定义


反射特性的参数定义

• 反射系数是反射电压与入射信号电压的比值，反射系数为矢量，包含幅度和相位信息，分别反映反射信号与如射信号的幅度比值和相位值。

• 造成反射的根本原因是阻抗不匹配，通过上述反射系数的计算公式可以得到。

• 回波损耗是反射信号与输入信号的功率比值，为标量。

• 驻波比是通过传输线上信号包络起伏大小来定义，当全匹配时，传输线上只有输入信号，包络恒定，驻波比 VSWR=1


史密斯圆图


史密斯圆图

• Smith Chart 圆图反映阻抗 Z 与反射特性的对应关系，所以圆图应定量反映阻抗特性和反射特性。

• Smith Chart 圆图就是反射系数和阻抗指标的对应关系的形象反映。

• 对于确定的阻抗值 Z=r+jx ，在圆图上有确定的某点位置与之对应， r值对应相应大小的等电阻圆( 中心座标（ r/r+1 ， 0 ），半径 r/r+1) ， x 对应等电抗圆 ( 中心坐标（ 1 ， 1/x ），半径 1/x) 。等电阻圆和等电抗圆的交点即为 Z 。该点半径为阻抗 Z 对应的反射系数的模值，夹角为反射系数相位。


传输特性


传输特性

与反射参数的定义相似，可得到传输参数。传输特性为器件输出信号和输入信号的比值。

• 传输系数为信号电压比值，包含幅度信息和相位信息，为矢量。

• 对于功率比值，根据器件是对输入信号进行放大还是衰减，功率比值定义为：增益和插损。


线性器件与非线性器件


线性器件与非线性器件

• 具有线性传输特性的系统对于输入信号只产生幅度和相位的变化，而不会产生新的频率成分。

• 非线性系统会对入射信号的频率进行搬移，或产生新的频率成分，如谐波和交调

• 在对输入信号进行处理的过程中，许多器件具有线性和非线性，不同特性的传输特性当然对输出信号有不同的影响。即线性系统可能会表现出非线性，如进入饱和区的放大器。这种情况对于无源器件（如电缆、滤波器）和有源器件（放大器）都是存在的。


满足波形不失真线性系统的条件


满足波形不失真线性系统的条件

• 当某个电路或系统用于传输信号时，传输信道电路应保证对输入信号不产生波形变化的失真。非线性系统会产生新的频率成分，肯定会引起输出信号波形变化。

• 要满足波形在传输过程中不失真，则器件传输特性需要满足以下条件： 1 、幅度 / 频率特性在工作频率范围内要保持恒定； 2 、相位 / 频率特性在工作频率范围内保持线性。以上两个条件为保证信号的无失真传输缺一不可

• 若 Vin＝ f （ t ），则 Vout＝ af （ t-t0 ）


幅度－频率特性对传输信号的影响


幅度－频率特性对传输信号的影响

• 上面的例子可以反映幅度 / 频率特性对传输信号的影响

• 例中，线性网络的输入激励信号为类似方波波形，该信号在频域上包含三个频率成分：基波、二次谐波、三次谐波。该信号通过线性网络时，线性网络具有的幅度 / 频率特性对基波和三次谐波衰减最大，使输出信号频谱发生变化，相应时域波形从方波变为类似的正弦波形

• 所以对放大器、滤波器等器件在工作频带范围内幅 / 频抖动要严格要求


相位－频率特性对传输信号的影响

• 在器件（系统）实际工作过程中，传输的信号都是占有一定频率带宽的的调制信号，如果器件（系统）的相位 / 频率特性不线性就会使调制信号发生变化，造成信号失真。


系统相位特性的描述

• 解决相频特性线性指标测试问题有两种方法：方法 1 、使用网络分析仪电延迟功能抵消掉被被测件相 / 频特性中线性部分（固定时间差），通过对剩余非线性部分进行定量测试。方法 2 、群时延测量法。


群时延 GROUP DLAY


群时延 GROUP DLAY

• 群时延是定量反映被测件相位失真的指标，群时延是信号在通过被测件的传输时间与工作频率关系的测量。被测件的相位特性为理想线性时，群时延为固定直线。

• 对群时延的测量应当关心两个读值： 1 、群时延平均值：该值反映信号在被测件中的平均传输延时； 2 、群时延抖动：反映被测件的相位非线性。

• 群时延的测量是通过对相位 / 频率特性进行数学微分得到，微分过程中定义的计算区间称为孔径（ aperture ）

• 孔径设置为窄时，测试分辨率高，但容易受系统中噪声的影响，测试的重复性差。

• 孔径设置为宽时，微分运算对孔径范围内相位非线性变化具有平均作用，测试分辨率变差，但测试重复性好，可以消除系统噪声的随机影响。

• 基于以上原因，在群时延测试时，要根据测试要求设置孔径的设置。孔径的设置是在测试精度和分辨率间的折衷。

• 注明：这里的孔径设置即为网络分析仪中的平滑设置。


群时延的测量过程

• 通过群时延指标反映器件相位特性：通过电延迟补偿得到的被测件非线性相位误差和群时延两项指标都可以定量反映被测件的相位非线性；

• 群时延指标更改精确反映相位非线性。下面的例子表明：相位波动峰－峰值相同的被测件产生的群时延可能有明显不同。下面右图中被测件群时延抖动较大，会引起更大的信号失真。


被测件的非线性失真

• 线性网络和非线性网络都可以造成信号波形失真。如上图对于线性的放大电路，当输入信号功率过大，使放大器处于非线性的饱和区时，输出信号被限幅，在频率谱上出现新的谐波成份。所以一个器件（系统）的工作特性与其输入信号幅度有直接关系，即使是无源器件也是一样。


被测件功率动态范围－输入 1dB 压缩点


被测件的功率动态范围－ 1dB 压缩点

• 当放大器工作在线性区时，增益为常数并与输入信号功率无关，通常把这个区域的增益称为“小信号增益”。当输入信号功率增加到一定值时，放大器增益下降，也就是放大器出现压缩。举例，如果现在输入是 CW 正弦波形，则放大器的输出不再是正弦波形，信号的一部分以谐波形式出现，而不只有基波频率成分。

• 当输入信号功率进一步增加，放大器输出功率保持不变，放大器进入饱和区，这时，放大器增益为零。

• 通过输出 / 输入关系测量可以得到被测件输入 1dB 压缩点。• 工作中利用 1dB 压缩点反映被刺君的动态功率范围。


输出 1dB 压缩点


被测件功率动态范围－ 1dB 压缩点

• 我们在测试时常用 1dB 压缩点指标来反映被测件的功率动态范围。

• 1dB 压缩点指标通过被测件的传输特性得到定义。如山图所示。随输入功率增加，理想线性器件 S21 不会发生变化，而实测器件的增益会减小。使放大器增益下降 1dB 的输入功率称为被测件的输出 1dB 压缩点。


S 参数的定义


S 参数的定义

• 双端口被测件的 S 参数包含 4 个参数（ N 端口器件 S 参数包含 N 的平方个参数）。 S 参数的定义是基于信号电压比值的参数，所以 S 参数为矢量。

• S 参数下标注的意义：第一个数字代表信号输出端口，第二个数字代表信号输入端口。如 Sab ：代表被测件端口 b 到端口 a 的传输系数。再如山图中：若被测件输入端为 1 端口，输出端为 2 端口，则 S11 表示当被测件输出端接匹配负载时，输入端的反射系数， S21 表示当被测件输出端接匹配负载时器件端口 1 到端口 2 的传输系数。


S 参数的定义


S 参数的定义

• S 参数可全面直观表示被测件（系统）的性能指标• 对于 20dB 衰减器， 20dB 为对数功率表示，转换为相应线性电压表示为： 0.1 ，若输入端驻波比为 1.2 ，转换为反射系数为 0.09 。


网络分析仪组成原理及校准误差分析

第二部分

• 网络分析仪组成原理及校准误差分析


网络分析仪工作原理－组成框图

• 网络分析仪包含以下四个部分：

1 、激励信号源，提供被测件的输入信号； 2 、信号分离装置，含功分器和定向耦合器，分别完成对被测件输入和反射信号提取； 3 、接收机，对被测件的反射、传输、输入信号进行测试比较； 4 、处理显示单元，完成对测试结果的处理和显示。


网络分析仪－信号源

• 提供被测件激励信号，由于网络分析仪需要测试被测件传输 / 反射特性与工作频率和功率的关系，所以，网络分析仪内信号源需具备频率扫描和功率扫描功能

• 为了保证测试精度，现在网络分析仪内信号源采用频率合成方法实现。当扫宽设置为零时，网分输出信号为点频 CW 信号。

• 网络分析仪控制其输出功率依靠 ALC 和衰减器两个部分完成， ALC 保证输入信号功率的稳定和功率扫描控制，由于 ALC控制范围有限，需衰减器完成大功率调整。


网络分析仪－信号分离装置


网络分析仪－信号分离装置

• 网络分析仪内部功分器和定向耦合器分别完成对被测件输入信号和反射信号的提取。定向耦合器负载分离被测件中的激励信号和反射信号，这个功能也可由电桥完成，与定向耦合器相比，电桥可覆盖的频率范围更宽，但其对测试的传输信号有较大损耗。

• 当要测试被测件某个端口反射特性时，必须将定向耦合器直接连接在该测试端口上。

• 定向耦合器具有定向传输特性。当把信号由定向耦合器输入端接入时，耦合器有耦合输出，此时称为正向传输。定向耦合器相当于不均分功率分配器。

• 定向耦合器的反向传输特性：当信号由耦合器输出端接入反向工作时，耦合端没有输出。这是因为输入功率被耦合器内部的负载和主臂终端外接负载所吸收，这就是定向耦合器的单向传输性。


定向耦合器正向传输特性

• 共和国


定向耦合器的反向传输特性

• 实际定向耦合器工作时，耦合端会有泄漏输出，反向工作时耦合器输出与输入信号功率比定位为定向耦合器隔离度。


定向耦合器指标－方向性


定向耦合器指标－方向性

• 对定向耦合器测试的重要指标为其方向性（ Directivity ），方向性为定向耦合器反向工作隔离度与正向工作耦合度的差值。方向性指标反映耦合器分离正反两个反向信号的能力，可以视为反射测试的动态范围。


定向耦合器用于被测件反射性能测试

• 反射测试中，定向耦合器对于被测件反射信号而言是正向连接，定向耦合器耦合端输出反映反射信号信息。


定向耦合器用于被测件放射性能测试

• 网络分析仪测试反射特性时，由于定向耦合器有限的方向性影响，耦合器耦合端会包含泄漏的输入激励信号，该信号会与反射信号进行矢量叠加，造成反射指标测试误差。被测件匹配性能越好，定向耦合器方向性对测试影响越大。


中频接收机的特点


中频接收机的特点

• 调谐接收机将输入信号进行下变频后通过 ADC 变为数字量后处理。这样可以得到信号的相位和幅度信息。

• 下变频后中频信号要通过带通滤波处理。由于检波器带宽测试模式，这种无选频测试会造成大测试噪声带宽（ 20G ）。而调谐接收机中频带宽可小至 10Hz,这样可以保证接收机有很好的测试灵敏度，而且对被测件输出信号中杂波失真成分有很好的抑制作用。

• 调谐接收机灵敏度与其设置中频滤波器带宽有直接关系，中频带宽越窄，进入接收机噪声能量越少，灵敏度相应提高。但窄带滤波器的相应时间较长。从而造成网络分析仪测试速度下降。

• 窄带接收机网络分析仪中频滤波器带宽为测试基本设置参数之一，其设置是在网络分析仪测试精度和速度间的折衷。


网络分析仪测试动态范围和测试精度

• 网络分析仪的测量动态范围决定可测量被测件指标指标波动范围，网分的测量动态范围由仪表可提供的激励信号幅度及接收机的灵敏度决定

• 网络分析仪测试动态范围 = 被测件输入功率－接收机灵敏度

• 提高网络分析仪测试动态范围方法： 1 、提高被测件输入功率， 2 、减小接收机中频带宽

• 网络分析仪接收机性能对测试的影响还反映在测量结果的轨迹噪声电平上。接收机最终的测量信号实际上是外输入信号和内部噪声的叠加，噪声会使测量结果的显示轨迹线上出现许多毛刺和抖动，这些抖动会影响被测件性能的精确读值。同样，如果接收机的噪声电平低，则测量的重复性就好。所以在网分测试过程中，可以通过减小网络接收机带宽的方法来降低显示轨迹的噪声电平



• 接收机灵敏度越高，网分测试精度就越高。• 上图反映网络分析仪接收机性能对测试精度影响的规律。做表横轴是网络分析仪接收机中接受信号与干扰噪声信号的幅度比值，纵轴为网分幅度测试精度和相位测试精度。从关系曲线来看，接收机内部干扰噪声越小，其工作动态范围越大，则测试误差越小。



• 接收机灵敏度越高，网分测试精度就越高。• 上图反映网络分析仪接收机性能对测试精度影响的规律。坐标横轴是网络分析仪接收机中接受信号与干扰噪声信号的幅度比值，纵轴为网分幅度测试精度和相位测试精度。从关系曲线来看，接收机内部干扰噪声越小，其工作动态范围越大，则测试误差越小。

• 举例，如果测试精度要求为：被测件指标动态范围 =80dB ；幅度误差 <0.1dB ；相位误差 <0.6 degree ，则为满足该被测件动态范围和测试精度要求，相应网分接收机内部噪声信号需要比接受信号小 39dB 。即仪表测试动态范围要求为>80+39=119dB 。


网分显示处理单元

• 网络分析仪的显示处理部分完成对测试结果的处理并按照需要的方式显示测试结果。


网络分析仪测试误差及校准

由于不可能存在没有任何误差的理想硬件器件，网络分析仪在测试被测件会存在测试误差。

本章内容重点介绍网络分析仪测试过程中存在的误差及消除误差的方法。


网络分析仪测量误差


网络分析仪测量误差

• 网络分析仪测试过程中的误差主要有三类：系统误差；随机误差；漂移误差。

• 系统误差是网分内部测试装置的不理想引起的。是可以预知和可重复出现的。假设是不随时间变化的。可以定量进行描述。系统误差在测试过程中可通过校准消除，系统误差一般包括频响误差、方向性误差、失配误差

• 随机误差与噪声、机械特性有关。以随机的形式存在，会随时间变化，不能通过校准消除。随机误差的主要来源为：仪表内部噪声（如激励源相位噪声、采样噪声、中频接收机本底噪声等）。仪表的开关动作重复及连接器重复也是随机误差。

• 漂移误差是仪表在校准后测试装置性能漂移。漂移误差主要由于温度变化引起，可以通过再次校准消除。当然，校准后保持稳定的时间长短，取决于测试环境中网分的漂移速度。


（反射参数）系统误差分析


（反射参数）系统误差分析

• 频响误差：网分在扫频状态下工作，频响指标与测试电缆与内部测试件的一致性有关（也叫跟踪误差）；

• 方向性误差：定向耦合器有限方向性造成的误差。方向性误差引起的泄漏信号会叠加在真实的信号上，造成测试误差。当被测件端口匹配性能良好时，方向性误差对测试影响较大

• 端口适配误差：主要受端口阻抗匹配影响。反射信号通过传输路径返回仪器端口，仪表端口阻抗与传输线间会存在失配，该失配会造成信号的二次入射，相应又形成多次反射。这项误差属于源失配误差。被测件匹配性能越差，该项误差对测试的影响越明显。同样，被测件输出的传输信号也会由于接收端阻抗失配造成反射，该信号会通过被测件的反向传输而叠加到真是反射信号上。从而形成负载食谱误差。如果被测件反向传输隔离度较差，，负载失配误差的影响较大。

• 在网络分析仪内部， R 、 A 、 B接收机应该分别反映测试的输入、反射及传输信号。但这些接收机之间会存在信号串扰，对于高隔离度被测件（如：开关，隔离器、大范围衰减器）的测试等，该项误差影响明显。


反射测试误差举例

山图为网分测试滤波器的反射特性。假设被测滤波器的激励信号电压为 1 ，由于方向性误差引起的误差信号电压幅度应为 0.001 （功率比值为 40dB ）。负载失配误差造成的误差信号电压幅度为 0.1 。


反射误差测试举例

加衰减器可以提高测试精度。


网络分析仪测试误差模型（反射）


网络分析仪测试误差分析

• 网络分析仪必须通过校准消除仪表的误差后，才能正确反映被测件的真实性那指标。

• 网分校准的目的是消除测试的系统误差。校准的思路是通过对标准件的测试，得到网络分析仪的系统误差项的具体数值，然后通过计算对被测件测试结果进行修正处理，消除其中的误差成份，最终得到被测件指标的真实值。

• 上图为网络分析仪反射测试时系统误差的数学模型；表达式中： S11M 为网络分析仪的实际测试值，其中包含各项测试误差。具体测试误差有： ED,ERT,ES 等。仪表校准的目的是通过计算消除这些误差的影响，得到真实反射性能 S11A 。

• 所以校准的过程首先需要确定网分的系统误差项的具体值，根据建立的误差模型，即 ED,ERT,ES ，由于要确定三项误差，所以单端口校准需要通过测试 3 个标准件，联立方程组得解。


直通校准误差模型


直通校准误差测试分析


增强型校准误差测试分析


直通校准对功放测试影响


校准的基本分类


校准的基本分类

• 由前面的分析和介绍，网分的校准过程就是通过测试标准件来明确系统误差的过程。网络分析仪校准方式主要分为频响校准和矢量校准。

• 频响校准（ Response ）只测试一个标准件，其中反射测试时为全反射校准件，可使用短路校准件（ Short ）或开路校准件（ Open ）。一般使用终端短路更接近理想全反射状态。传输校准时使用直通校准件（ Through ）。－－频响校准只可确定频响误差这一项误差。频响校准的过程相当于测试归一化过程。即先将测试结果存入存储器中得到参考线，然后用被测件测试结果与其比较。这样可以消除参考线中系统误差影响。

• 矢量校准要求网分具有幅度和相位的测试能力，计算误差项的过程需要联立方程组。矢量校准要求对歌校准件，从而可消除更多误差项，保证仪表具有更高的测试精度。


校准的概念


双端口校准的数学模型


双端口校准的数学模型

• 双端口校准是网络分析仪最精确的的误差校准方法，可以消除网分全部的系统误差。

• 山图为二端口被测件测试中误差的模型。可以看到由于二端口器件存在正反传输特性，所以被测件某端口的匹配情况会对另外端口的测试精度造成影响。

• 所以当双端口校准后，即使网分只测试没个单向指标（如：S11 ）时，也要进行正反两个方向扫描。得到所有 S 参数后，通过计算得到所有误差项的影响。

• 即基于二端口校准的误差模型，二端口校准后，某一项 S参数结果的测试都需要网分进行正反向双向测试，利用另外三个 S 参数对测试结果进行误差消除运算。


双端口校准（ Two-Port Cal ）


网络分析仪测试误差项目总结

• Edf ，方向性误差定向耦合器方向性不可能无穷大

• Esf ，源失配误差信号源的阻抗不可能是标准的 50欧姆

• Erf ，反射误差测试电缆和接头阻抗不可能是标准的 50欧姆• Elf ，负载失配误差被测件的负载阻抗不可能是标准的 50欧姆

• Etf ，传输频响测试电缆和接头以及内部测试系统的频响不可能是绝对平滑

• Exf ，隔离误差两个测试端口的隔离度不可能是无穷大，系统内部存在耦合通道


网络分析仪测试误差项目总结

• 误差项误差相关因素误差项数• Ed （方向性误差）激励端口 N• Ex （串扰误差）激励相应端口组合 N*(N-1)• Es （源失配误差）激励端口 N• El （负载失配误差）激励响应端口组合 N*(N-1)• Er （反射跟踪误差）激励端口 N• Et （传输跟踪误差）激励响应端口组合 N*(N-1)• 总测试误差项目： 3N+3N*(N-1)= 3N*N• 2-port 误差项目： 3*2*2=12• 3-port 误差项目： 3*3*3=27• 4-port 误差项目： 3*4*4=48 N= 测试端口数


校准对测试结果的影响


网分校准方法总结

测试过程中根据测试参数和测试精度要求选择相应校准方式


网络分析仪测试要点

• 网络分析仪使用时要有良好的接地，要用地线与大地连接。网络分析仪电源输入输入口具有去耦电路，如果其保护地没有与大地相连，则可能在仪器保护地与大地之间感应出高达110V 的电压。

• 使用者在进行测试前最好将自己所带静电释放，如开机前接触仪器外表面，在进行器件测试时最好带上防静电手套或将自己与器件仪器的地相接触。

• 校准要点，网络分析仪预热 45 分钟后校准；• 对于不可插入器件，精度要求不高时可采用适配器替代法校

准，要求精度高时应采用适配器移去法。• NodeB现场用的 Agilent8753ES 系列采用 N型校准件校准

时，菜单中的 male/female 是指与校准件连接的器件的连接器特性。

• 精度要求高的测试，能手动校准的，尽量不要采用 ECAL 校准。 ECAL 校准较机械校准



• 对系统中的高分辨率测量，平均是最有效的工具，尤其是识别在噪声情况下的隔离误差

• 平滑是一种响应功能，有助于数据的解释，不影响校准系数。• 隔离误差校准若不使用合适的平均因数，在系统噪声占优势的系统中将

即影响校准又影响测量• 对于低损耗双端口器件的反射测量和高反射双端口器件的传输测量，采

用双端口校准是必需的• 对于小信号测试，主要是要提高仪器的测试灵敏度，因为此时噪声的影

响变得很显著。因此在校准前需对网分的有关参数进行设置。对于一般的情况，网络分析仪减小噪声影响的方法主要有： 1. 减小中频带宽。2. 增大信号功率。 3. 采用平均，网络分析仪的平均是一种预检平均，即检波前矢量平均方式，可降低检波器检出的噪声。 4. 采用交替扫描，交替扫描方式是指在扫描期间内只对一个采样器进行采样，在下一个扫描周期内再对另一个采样器进行采样的扫描方式，最大限度的降低网络分析仪的串扰，串扰是在没有器件时测试端口之间的信号泄漏。 5. 利用平滑算法，网络分析仪的平滑算法是利用邻近频点的加权平均来减小被测迹线上由于噪声引起的起伏量。 6. 在设置了前面五种参数对网络分析仪进行双端口全校准。



网络分析仪提高测量速度• 在可接收的本底噪声的情况下采用最宽的中频带宽• 选择较小的频率范围，因为分析仪的信号源频率是分段实现的，减小

频率范围可减少频段转换• 选用最少的频率点数• 在精度允许的条件下，尽量少用平均方法，可以对照要达到相同的精

度的情况下，采用平均和减小中频带宽所需要的时间来决定选用其中的哪种方法

• 根据精度要求选用扫描速度最快的校准方式，系统默认的无修正测量、响应校准和单端口校准的测量速度几乎相同，而它们至少比全双端口校准时的测量速度快一倍

• 采用最快的扫描方式，网络分析仪默认的扫描方式是断续扫描，即在每个频率点上在采样器间交替采样

• 关闭不必要的诸如标记、平滑、界限测试和不需要的参数等。标记由标记电路产生，平滑需要对一段频点的数据缓储并作加权运算，界限测试需读取界限数据并比较所测试数据是否超出界限，这些都是对系统资源和时间的占用

网络分析仪交流培训教材 network analyzer basics

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