矢量网络分析仪:S参数与传输线基础
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更新于2024-07-29
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"矢量网络分析仪基础知识和S参数测量"
矢量网络分析仪(VNA,Vector Network Analyzer)是射频和微波工程领域中不可或缺的测试设备,用于测量射频网络的电气特性,如反射和传输参数。下面将详细讨论VNA的基础知识以及S参数测量的相关概念。
§1 基本知识
1.1 射频网络
射频网络是指具有一个或多个同轴连接器的电子设备,它们可以是简单的单端口网络,如负载、短路器,或者是复杂的两端口网络,如射频电缆。这里的“网络”不同于计算机网络,后者涉及多端口和复杂的互联结构。射频网络通常指的是单个射频器件。
1.1.1 单端口网络
单端口网络只有一个接口,常被称为终端负载,如负载和短路器。其电参数通常用阻抗(Z)或导纳(Y)表示,但在射频工程中,反射系数(Γ)更为常用,它可以表示为回损、驻波比或S11参数。
1.1.2 两端口网络
两端口网络如射频电缆,具有两个连接器,常用于传输射频信号。此类网络的特性包括匹配特性、传输系数和插损。匹配特性通过一端连接精密负载后测量另一端的反射系数来评估。传输系数(T)是通过网络和不通过网络的电压比,插损(IL)是传输系数的对数衰减表示,通常为负值,但也可以忽略负号。相移(Φ)是信号通过网络时的相位变化。
1.2 传输线
传输线是承载射频信号的物理媒介,常见的类型有双线、同轴线、微带线和波导。每种传输线都有其特定的特性阻抗(Z0),对于同轴线,Z0取决于其结构尺寸。特性阻抗决定了信号在传输线中的传播特性,影响反射和损耗。
§2 S参数测量
S参数是描述射频网络双向散射特性的关键指标,对于两端口网络,共有四个S参数:S11、S21、S12和S22。
- S11(输入反射系数):它反映了网络在匹配负载条件下输入端的反射情况,与网络自身的失配有关,而非负载的失配。
- S21(传输系数/插损):表示网络中信号从输入端传输到输出端的效率,对于无源网络,它是传输系数或插损;对于放大器,则代表增益。
- S12(反向隔离度):描述网络输出端对输入端的干扰程度,对于非互易器件,常称为隔离度。
- S22(输出反射系数):表示从网络输出端看进去的网络本身的反射特性。
高精度的VNA能够同时显示并测量这四个参数,而基础型号可能需要重新连接插头并进行多次测量。全端口校正是确保测量准确性的关键步骤,它补偿了测试设备本身对测量结果的影响。
总结,矢量网络分析仪在射频工程中扮演着至关重要的角色,通过S参数测量,工程师可以全面了解射频网络的性能,从而优化设计,确保系统的高效运行。理解VNA的基本知识和S参数的概念对于射频系统的设计和故障排查至关重要。
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2021-12-25 上传
xumianqi
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