用矢量网络分析仪准确测量脉冲信号的S参数

矢量网络分析仪基础知识及S参数测量§1 基本知识1.1 射频网络这里所指的网络是指一个盒子，不管大小如何，中间装的什么，我们并不一定知道，它只要是对外接有一个同轴连接器，我们就称其为单端口网络，它上面若装有两个同轴连接器则称为两端口网络。

注意：这儿的网络与计算机网络并不是一回事，计算机网络是比较复杂的多端（口）网络，这儿主要是指各种各样简单的射频器件（射频网络），而不是互连成网的网络。

1．单端口网络习惯上又叫负载ZL。

因为只有一个口，总是接在最后又称终端负载。

最常见的有负载、短路器等，复杂一点的有滑动负载、滑动短路器等。

·单端口网络的电参数通常用阻抗或导纳表示，在射频范畴用反射系数Γ（回损、驻波比、S11）更方便些。

2．两端口网络最常见、最简单的两端口网络就是一根两端装有连接器的射频电缆。

·匹配特性两端口网络一端接精密负载（标阻）后，在另一端测得的反射系数，可用来表征匹配特性。

·传输系数与插损对于一个两端口网络除匹配特性（反射系数）外, 还有一个传输特性，即经过网络与不经过网络的电压之比叫作传输系数T。

插损（IL）= 20Log│T│dB ，一般为负值，但有时也不记负号，Φ即相移。

·两端口的四个散射参量测量两端口网络的电参数，一般用上述的插损与回损已足，但对考究的场合会用到散射参量。

两端口网络的散射参量有4个，即S11、S21、S12、S22。

这里仅简单的（但不严格）带上一笔。

S11与网络输出端接上匹配负载后的输入反射系数Г相当。

注意：它是网络的失配，不是负载的失配。

负载不好测出的Γ，要经过修正才能得到S11 。

S21与网络输出端匹配时的电压和输入端电压比值相当，对于无源网络即传输系数T或插损，对放大器即增益。

上述两项是最常用的。

S12即网络输出端对输入端的影响，对不可逆器件常称隔离度。

S22即由输出端向网络看的网络本身引入的反射系数。

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。

准确测量脉冲信号的S参数(二)频谱归零方法通常在脉冲宽度小于需要数字化和获取一个离散时间数据点的最小时间的时候使用。

因此，必须对一个数据点获取捕获多个脉冲。

在单独的输入脉冲和分析仪的时域抽样之间没有严格的同步。

脉冲调制信号的频域描述具有离散PRF单音，这可以通过滤波滤出，剩下的是基调，它载有测量信息。

在分析仪的下变频过程中，通过滤波去除不希望的噪声和信号分量。

一旦信号被数字化，分析仪应用一个由用户指定中频带宽的数字滤波器。

通常，这个数字滤波器用来减小测量噪声并增加动态范围。

对非脉冲调制信号来说数字滤波算法工作得很好，但是当接收机接收到一个脉冲调制信号的时候会发生什么呢？ 利用窄带检测，利用一个数字矩形滤波器消弱接收信号中除了调制基调成分以外的所有成分是很有必要的。

这需要一个最小阻带频率小于脉冲调制信号PRF的滤波器从而具有最优的阻碍。

滤波器过渡斜度需要远离第一个PRF单音(图4，左)，这样对不需要的单音具有最大的阻碍。

这个滤波器会很难设计因为PRF单音会和基频很近。

严格的矩形滤波器在频域有一些折衷，例如在时域具有额外的抖动。

对此，滤波器设计者在频域和时域采用不同的技术获得最佳的性能，同时提供有效的滤波性能。

 图4的左面给出用于分析仪中的一个可能的中频数字滤波器的响应。

它在形状上不是矩形，因此如果不加改变地使用，会在频域引入不需要的成分，从而导致测量误差。

另外，这个数字滤波器在频域具有周期排列的零点。

这些零点的周期与接收机的采样速率和数字滤波器的结构成正比。

使用一个微波PNA，通过调整数字滤波器的零点对准不需要的脉冲调制谱成分有可能滤除不需要的信号分量，只留下基频(图5)。

这种滤波技术的一个优点是滤波器的零点。

网络分析仪的校准和S参数测量1.戴上接地手镯（任何人，任何时候！）2.接通电源（把源放到工作台上）。

你需要开启4个“Line/Power”按钮。

3.根据需要把连接器和额外的电缆接到网络分析仪。

用网络分析仪电缆时要非常仔细，不要使它们过份弯曲。

]4校准网络分析仪（仅S11或S22反射测量）。

a.按你使用的连接器类型选择校准套件。

b.设置频率范围。

在STIMULUS控制上按start，键入所要的起始频率。

对停止频率重复同样步骤c.拿走校准装置腾清桌面。

然后在屏幕的软键菜单上按MORE，接着按DELETE CAL SET，最后选择一个数字。

d.选择校准类型。

通常是CAL1-7mm，因为这是连接到网络分析仪的电缆类型。

e.选择S11-1端口或S22-1端口（取决于你要使用的电缆）。

f.提示你把校准标准放到电缆终端。

它们在木盒中。

1.从短路块开始（贴有标志）。

连接短路块，按软键SHORT，在进行测量时（很快）SHORT有下划线。

取下短路块，把塑料盖放到标准上，并找到开路块。

2.开路块。

它的长度与短路块相同，但直径较小并在末端有一个孔。

按OPEN，等到O PEN有下划线，取下开路块，将塑料盖放到原处。

3.找到负载标准。

这是盒中长而光滑的圆柱。

把它接上并按LOAD，按BROADBAN D，再按DONE LOADS。

假设我们的负载在整个校准频率范围都很精确，因此这是“宽带的”标准。

放好塑料盖，将所有标准放回盒中。

（注意！这些标准又小又贵，如果丢失我们就没有其它标准了。

）省略隔离测量。

i.按SAVE 1-port CAL。

按一个数字，这是你要保存校准设置的位置。

它应回答“Correction ON”。

ii.检查校准。

最坏情况通常是开路，因而要再次放上开路标准。

在FORMAT菜单上按SMITH CHART。

应在smith图右边看到一个小点，但也可能看到的是一条短线。

用同样方法检查短路和负载。

对于短路，应在smith图左边看到一个点。

S参数的意义及矢网实例测量方法1、S参数的定义和意义S参数（Scattering Parameters，散射参数）是一个表征器件在射频信号激励下的电气行为的工具，它以输入信号、输出信号为元素的矩阵来表现DUT的“传输”和“散射”效应，输入、输出信号是可测量的物理量，测量到的物理量的大小反应出DUT对不同的输入信号具有不同的响应，这种不同的响应程度就可以用来描述DUT的特性，而且这种表征方法可以作为非常精确的矢量模型用于建模。

此处的DUT就包括很多无源器件如电缆、连接器、滤波器，有源器件包括放大器和混频器等，因此都可以用S 参数来表征。

S参数是在射频中用来描述器件特性的参数，S参数将电磁场中相关的特性转换为网络的概念，让读者可以很形象地理解电路中增益、回波损耗、稳定性、隔离度、网络匹配等概念，将电磁场中一些电气特性具体化为数字，提供了极大的方便。

2、S参数的测量方法2.1 S参数的测量原理测量2端口DUT的S参数需要使用2端口及以上矢量网络分析仪；图2.1 S参数测量硬件框体图2.2 2端口矢量网络分析仪简要结构Sout-in:out =analyzer port number where the device signal output is measured (receiver)in =analyzer port number where the signal is applied (incident) to the device (source)S11测量原理：当矢网Source1-OUT1输出信号经过reference接收机R1输出到DUTport1，接收机A接收DUT port1反射回来的功率，测量比值被称为回波损耗，S11=20log(a/r1),单位dB。

图2.3 S11的信号传输路径S21测量原理：当矢网Source1-OUT1输出信号经过reference接收机R1输出到DUTport1，接收机B接收DUT port2输出的功率，测量比值被称为正向传输，S21=20log(b/r1),单位dB。