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新闻详情
N9340A 手持频谱仪测量S11 和 S21 参数应用指南
2012-09-06 00:00

如今,无线网络安装和维护、军用通信设备安装和维护、微波和卫星链路维
护、电视广播以及频谱管理机构都需要测量通信系统中的信号频谱特性,以避免干
扰,保障网络的正常运转。此外,在无线通信系统中有很多射频、微波器件需要测
量其传输特性和反射特性,比如放大器、滤波器、天线等,通常只需要测量其增益/
插损,回损,滤波器的带宽或者驻波,并不需要相位信息。为了提高工作效率,这
就需要一台配置了跟踪源的频谱分析仪。由于是在外面现场使用,测试仪器还必须
具备方便携带的特性。配备了跟踪源的安捷伦N9340A 手持式频谱分析仪不但具
有很强的频谱分析功能,而且同时也提供了标量网络分析能力,可以同时完成频谱
分析和传输、反射测量功能。
使用安捷伦
N9340A 手持频谱仪
测量S11 和 S21 参数
应用指南
传输测试
当S21 代表衰减、插入损耗的大小时,其值是负数,当其代表增益时,其值是
正数。
在测量S21 之前,首先需要配置N9340A 的频谱分析仪/ 跟踪源系统。如图2
所示,被测件的输入端口连接到N9340A 的RF OUT 端口。把被测件的输出端口
与N9340A的RF IN 端口相连接。按下N9340A的功能键[MODE],选择Tracking
Generator,然后按[Enter]确认,最后,按下软按键{Amplitude Off On}打开Amplitude
选项,这样就进入了跟踪模式。
S21= 20 log(τ)
τ =
VTransmitted
VIncident
2
图1 信号传输反射示意图
入射波传输波
反射波
图2 传输系数测量配置图
标量传输特性的测量可以用来确定被测设备的插入损耗或者增益。首先,了
解传输特性测量过程中涉及的参数。
传输系数等于传输电压与入射电压的比值:
对于双端口网络,S21 是传输系数的对数表达方式,转换公式为:
为了使传输系数S21 的测量结果更精确,请参考下列步骤来设置器
件:
1 根据被测件的实际需求来设置N9340A的频率、分辨率带宽、扫描时间、输入
衰减、跟踪源的输出信号幅度等。
2 移去被测件,使用标准连接器来替代被测件,使N9340A 的跟踪输出与RF IN
直接连接。然后打开归一化(Normalize)功能,确定一个0dB 的参考点。
3 把标准连接器换成被测件,这样得到的测量结果即是被测件的传输系数S21。
参考下列步骤来测量带通滤波器|S21|:
1 首选打开跟踪源的输出,根据所要测量的滤波器指标来设置频谱分析仪的各个
选项。例如,当需要测量滤波器的带内纹波时,可以将span设置成小于滤波器
的通带带宽,把垂直显示刻度设置为1dB每格以便获得更好的显示分辨率。如
果需要测量滤波器的阻带衰减,可以将span设置为大于滤波器的通带带宽和采
用小的分辨率带宽(RBW),这样就可以降低频谱分析仪的噪底,获得更大的动
态范围。以上设置一旦确定,在后续的测量过程中就不能再更改了,否则,会
出现归一化错误,得到不精确的测量结果。
2 在测量之前,先将跟踪源的输出端口与频谱分析仪的RF 输入端口直接相连,
测量入射信号的电平,然后把这个信号做归一化,作为参考信号。由于电缆,
跟踪源和频谱分析仪的频响影响,在未作归一化之前的测量谱线是不平坦的,
可以通过下面操作进行归一化,使之为一条平坦的参考谱线: [MEAS]>
[Normalize OFF] > [Store Ref 1->4] > [Normalize On] 归一化谱线的显示位置
可以通过 {Norm Ref Lvl} 来调整。
3 把滤波器连接在跟踪源的输出端口和频谱分析仪的RF IN端口之间,就可以进
行传输参数的测量。
3
反射系数r等于反射电压除以入射电压,如果用与传输线特性阻抗完全匹配的
负载连接传输线,则发射功率全部被负载吸收,反射系数r=0。如果在传输线终端
连接一个开路器或者短路器,则反射系数|r|=1,入射功率全部被反射回源。因此,
除了某些有源电路,例如振荡器的S11 大于0 dB 外,S11 的取值范围通常在0 到-
∞ dB 之间。同传输测量一样,在进行反射测量之前需要先配置N9340A 的相关控
制参数,使N9340A 工作在频谱分析仪/ 跟踪源模式下。此外,还需要一个信号分
离器件,这个器件可以把输入信号和反射信号进行分离,比如电桥或者定向耦合器
均可完成此功能。
反射测量
S11= 20 log(γ)
γ =
VReflected
VIncident
4
标量反射测量反映了在入射波中有多少能量被被测设备吸收,从而揭示了被
测设备和传输线特性阻抗Z0之间的失配度(Z0典型值为50欧姆)。大多数情况下,
源输出的能量只有一部分被接收设备吸收,另一部分被反射回源。通过入射和反射
信号可以确定能量的传输效率,对应于图1 定义反射系数r 如下:
用S11 来表示其对数结果,其转换公式为:
图3 反射系数测量配置图
通过以下3 步即可测量出反射系数:
1 根据被测件的具体情况来设置N9340A 的频率、分辨率带宽、扫描时间、输
入衰减、跟踪源的输出信号幅度等。
2 使用开路器或者短路器来代替被测件,进行归一化,确定0 dB 的参考点。
3 把开路器或者短路器换成被测件,这样得到的测量结果即是被测件的S11。
下面,使用上例中的滤波器来详细说明|S11| 的测量:
1 首选打开跟踪源的输出,根据被测滤波器的指标来设置频谱分析仪的相关参数。
例如,频率范围,分辨率带宽,输入衰减,跟踪功率等。以上设置一旦确定,
在后续的测量过程中就不能再更改了,否则,会出现归一化错误,得到不精确
的测量结果。
2 在测量反射系数之前,必须先确定一个参考电压,进行归一化。这里采用端接
开路器形成全反射时的反射功率作为参考电压,将图3中的DUT使用开路器代
替,反射波经过定向耦合器后进入到频谱仪的RF IN 端口,然后进行归一化,
把此时的功率作为0 dB 参考功率(全反射,|r|=1, 20 lg1=0 dB)。
N9340A 的操作步骤如下: [MEAS] > [Amplitude On] > [Normalize OFF] >
[Store Ref 1-> 4] > [Normalize On] 同样,归一化谱线的显示位置可以通过
{Norm Ref LvL} 来调整。
3 将终端开路器换为DUT带通滤波器,将滤波器的另一端连接上50 Ω匹配负载,
此时得到的频谱曲线即为滤波器的反射系数|S11|。
5
测量结果
对于|S11| 的测量,由于频响、定向耦合器的方向性、源和负载阻抗失配的原
因而存在着一定的误差。可以采用归一化消除频响误差,在被测件和电桥之间串接
10 dB衰减器来改善阻抗匹配,减少失配误差,为了减小方向性误差,可以使用方
向性高的定向耦合器,例如安捷伦的86205A,该电桥具有40 dB 的高方向性; 对
于误差的具体计算,请参阅安捷伦应用文档5966-1650E。
|S21| |S11|
附表仪器及附件列表
6
图4 滤波器|S| 和|S| 的测量结果图
图4 为上面实例中的|S21| 和|S11| 测量结果曲线,在使用N9340A 测量|S21|
的时候,由于频响、源和负载之间的阻抗失配原因使测量的结果存在一定的误差。
通过归一化可以消除频响误差影响。此外,通过衰减器,可以减小源和负载之间的
阻抗失配误差。因此,在上面的测试实例中,在N9340A 的跟踪源输出端口和RF
输入端口分别串接一个10 dB 的衰减器改善匹配,减少失配误差。
仪器及附件所属公司型号
频谱分析仪安捷伦N9340A
电桥安捷伦86205A
电缆安捷伦N6314A
10 dB 衰减器安捷伦8491A
50 Ω 开路器安捷伦85054D
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