电子测量原理 10.2 网络分析仪 10.2.1 网络分析的基本概念 10.2.2 网络分析系统 10.2.3 反射参数测量 10.2.4 传输参数测量 10.2.5 S参数的全面测量及误差修正 第1页 电子测量原理 10.2.1 网络分析的基本概念 网络——对实际物理电路和元件进行的数学抽象，主要研 对实际物理电路和元件进行的数学抽象， 网络 对实际物理电路和元件进行的数学抽象 究外部特性。 究外部特性。 网络分析——在感兴趣的频率范围内，通过线性激励-响 在感兴趣的频率范围内，通过线性激励网络分析 在感兴趣的频率范围内 应测试确定元件的幅频特性和相频特性的过程。 应测试确定元件的幅频特性和相频特性的过程。 网络分析仪——通过正弦扫频测量获得线性网络的传递函 网络分析仪 通过正弦扫频测量获得线性网络的传递函 数以及阻抗函数的仪器。 数以及阻抗函数的仪器。 网络分析概述 微波网络S 微波网络S参数 S参数的流图表示及计算 第2页 电子测量原理 网络分析概述 线性网络与非线性网络 线性网络（ 系统） 线性网络 （ 系统 ） ： 仅改变输入信号的幅度和 相位，不会产生新的频率信号； （或）相位，不会产生新的频率信号； 非线性网络（ 系统） 改变输入信号的频率， 非线性网络 （ 系统 ） ： 改变输入信号的频率 ， 或产生其他频率成分。 或产生其他频率成分。 网络分析总是假定被分析网络是线性的， 网络分析总是假定被分析网络是线性的 ， 因而 可以基于正弦扫频法进行频率特性的定量分析。 可以基于正弦扫频法进行频率特性的定量分析 。 非 线性网络通常使用频谱仪进行测量。 线性网络通常使用频谱仪进行测量。 第3页 电子测量原理 网络分析概述（ 网络分析概述（续） 网络分析参数 标量反射参数： 标量反射参数： Γ 、S 11 、S 22 回波损失 RL = ? 20 lg Γ , 或 ? 20 lg S 11 、 20 lg S 22 ? 驻波比 VSWR = 1+ Γ 1- Γ , ρ 11 = 1 + S 11 1 ? S 11 , ρ 22 = 1 + S 22 1 ? S 22 标量传输参数： 标量传输参数：衰减 A = ? 20 lg S 21 矢量反射参数： 矢量反射参数：Γ 、阻抗 Z = 1 + Γ 矢量网络参数： 矢量网络参数：S参数 S 、S 、S 、S 11 22 21 12 矢量相位： 矢量相位： ψ 21 = arg S 21 品质因数Q 品质因数Q 第4页 1?Γ 电子测量原理 微波网络S 微波网络S参数 微波网络常用散射参数（ 参数）表示。 微波网络常用散射参数（S参数）表示。任何网 络都可用多个S 参数表征其端口特性， 络都可用多个 S 参数表征其端口特性 ， 对 n 端口网络 需要n 参数。 需要n2个S参数。 a1 S 11 b1 S12 1 S 21 b2 DUT 2 S22 a 2 S11、 S21、S12、S22：表示双端口网络的四个 表示双端口网络的四个S 参数，即散射参量。 参数，即散射参量。 第5页 电子测量原理 微波网络S参数（ 微波网络S参数（续） 散射方程 b1 = S 11 a 1 + S 12 a 2 b 2 = S 21 a 1 + S 22 a 2 b1、b2: 端口 、2上的所有出射波 端口1、 上的所有出射波 a1、a2: 端口 、2上的入射波 端口1、 上的入射波 S参数的物理意义 b1 b2 S11 = , S21 = a1 a =0 a1 a =0 2 2 S11:端口 匹配时端口 的反射系数 端口2匹配时端口 端口 匹配时端口1的反射系数 S21:端口 匹配时的正向传输系数 端口2匹配时的正向传输系数 端口 端口1匹配时端口 S22:端口 匹配时端口 的反射系数 端口 匹配时端口2的反射系数 S12:端口 匹配时的反向传输系数 端口1匹配时的反向传输系数 端口 第6页 b2 b1 S22 = , S12 = a2 a =0 a2 a =0 1 1 电子测量原理 S参数的流图表示及计算 信流图 使用节点代表信号， 使用节点代表信号，用支路和箭头代表信号及其 流动的方向， 流动的方向，并用支路旁标代表支路的传递函数即信 号大小。上图所示的双端口网络可用流图表示如下： 号大小。上图所示的双端口网络可用流图表示如下： a1 端口1 b1 S1 1 S 21 S22 b2 端口2 a2 S 12 第7页 电子测量原理 S参数的流图表示及计算（续1） 参数的流图表示及计算（ 梅森（Mason）不接触环路法则 梅森（Mason） T = ∑T ? k =1 k n k ? T： T：信流图所代表的网络的增益或传输函数 Tk：第k条路径上所有支路系数的乘积 条路径上所有支路系数的乘积 ?： 信流图行列式 ， 即信流图所代表的网络的联立方 ： 信流图行列式， 程组的行列式 Δk：与第 条开路不接触的子信流图的行列式 与第k条开路不接触的子信流图的行列式 第8页 电子测量原理 S参数的流图表示及计算（续2） 参数的流图表示及计算（ 信流图计算举例 在双端口网络的端口2上终接一个反射系数为Γ 的负载： 在双端口网络的端口2上终接一个反射系数为ΓL的负载： a1 S 21 S 11 S S 12 22 Γ b1 ΓL 由梅森法则： 由梅森法则：? = 1 ? S22ΓL T1 = S11 , ? 1 = 1 ? S 22 ΓL , T2 = S 21 S12 ΓL , ? 2 = 1 故有： 故有： S11 (1 ? S 22ΓL ) + S 21 S12ΓL S 21 S12ΓL Γ= = S11 + 1 ? S22ΓL 1 ? S22ΓL 第9页 电子测量原理 10.2.2 网络分析系统 网络分析仪是通过测定网络的反射参数和传输 参数， 参数 ， 从而对网络中元器件特性的全部参数进行全 面描述的测量仪器，用于实现对线性网络的频率特 面描述的测量仪器 ， 用于 实现对线性网络的频率特 性测量。 性测量。 网络分析仪能够完成反射、传输两种基本测量 ， 网络分析仪能够完成反射 、 传输两种基本测量， 从而确定几乎所有的网络特性， 参数是其中最基 从而确定几乎所有的网络特性 ， S参数是其中最基 本的特性。 本的特性。 标量网络分析仪：只测量线性系统的幅度信息； 标量网络分析仪：只测量线性系统的幅度信息； 矢量网络分析仪： 矢量网络分析仪 ： 可同时进行幅度传输特性和相 位特性测量。 位特性测量。 第10页 电子测量原理 系统组成原理 基本的网络分析仪主要由信号源、S参量测 基本的网络分析仪主要由信号源、 量装置及矢量电压表组成。 量装置及矢量电压表组成。 被测网络 1 信号源 2 参考信道R 参考信道 矢量电压表 测试信道 测试信道 T 第11页 S参量 参量 测量装置 电子测量原理 信号源：向被测网络提供入射信号或激励； 信号源：向被测网络提供入射信号或激励； S参量测量装置 ： 实际上是反射测量电路与传输 参量测量装置： 参量测量装置 测量电路的组合，首先将入射、 测量电路的组合 ，首先将入射 、反射及传输信号 分离开，然后通过转换开关分别进行测量； 分离开，然后通过转换开关分别进行测量； 矢量电压表：测量入射、 矢量电压表 ：测量入射、 反射和传输信号的幅值 及它们之间的相位差。 及它们之间的相位差 。也可以通过幅相接收机实 现此功能。 现此功能。 第12页 电子测量原理 标量网络分析仪 b 1 2 A b 2 2 a 1 2 扫频源 定向耦合器 DUT B R 处 理 及 显 示 二极管检波器 a1为入射波、b1为反射波、b2为传输波，它们的 为入射波、 为反射波、 为传输波， 测量通道分别为R 参考） 测量通道分别为 R（ 参考 ） 、 A 、 B。 通过这些信号 可确定正向S 参数 可确定正向 S 参数 S11 、 S21 。 将被测网络的激励端 与测试端反接，同理可测得 与测试端反接，同理可测得S22、S12。 第13页 电子测量原理 矢量网络分析仪 一种外差式矢量网络分析仪的组成框图如下： 一种外差式矢量网络分析仪的组成框图如下： 外差式矢量网络分析仪的组成框图如下 源输出信道 S 扫频源 定向耦合器 DUT BPF 传输测试信道A 采 传输测试信道 样 反射测试信道B 及 反射测试信道 量 参考信道R 化 参考信道 处 理 及 显 示 BPF LO BPF H(s) PFD 参考频率源 第14页