網(wǎng)絡(luò )分析儀測天線(xiàn)S參數應用實(shí)例

關(guān)鍵字：網(wǎng)絡(luò )分析儀 天線(xiàn)S參數

1 概述

在微波探測系統中，通常天線(xiàn)都是系統自動(dòng)控制環(huán)路的閉環(huán)點(diǎn)。天線(xiàn)作為一個(gè)收/發(fā)控制系統的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣，將直接影響到全系統的檢測能力和探測精度。在實(shí)際使用中，對天線(xiàn)的電特性參數及組成部分 的各種微波裝置（如高頻電纜等）的散射參數，例如天線(xiàn)的匹配特性、天線(xiàn)阻抗、微波裝置的反射特性和傳輸特性參數等都要進(jìn)行嚴格的檢測。而要準確的對天線(xiàn)及其組成部分微波裝置的參數進(jìn)行測試，采用網(wǎng)絡(luò )分析儀無(wú)疑是最佳的途徑。由于篇幅有限，本文只探討網(wǎng)絡(luò )分析儀在天線(xiàn)S參數測試方面的應用情況。

2. 天線(xiàn)S參數測試系統的設計

網(wǎng)絡(luò )分析儀是用來(lái)刻劃有源和無(wú)源器件各種特性的，這些器件可以是單端口的，也可以是雙端口或多端口的。網(wǎng)絡(luò )分析儀可以測量每個(gè)端口的輸入特性及一個(gè)端口到另一個(gè)端口的傳輸特性。

網(wǎng)絡(luò )分析儀，不管是標量網(wǎng)絡(luò )分析儀還是矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀，測量電網(wǎng)絡(luò )參數時(shí)都依賴(lài)二極管檢波技術(shù)（寬帶）或超外差接收技術(shù)（窄帶）。窄帶檢測適合于相位測量和評估頻率抑制器件如濾波器等。寬帶檢測更適合于測量頻率轉換器件如調諧器等的特性，特別是那些具有內部本振的器件。

相對于二極管檢波，利用調諧接收機可以提供測量時(shí)的高接收靈敏度和寬動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)具有較好的諧波和寄生信號的抑制功能。但帶寬只有幾KHz的數量級。

本文應用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀和標量網(wǎng)絡(luò )分析儀兩種設備，分別設計了兩種天線(xiàn)S參數的測試系統。

2.1 矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測試系統的設計

矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀是功能最強大的一種網(wǎng)絡(luò )分析儀，可以測量的頻率范圍為：5Hz－110GHz。矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀可以測量電網(wǎng)絡(luò )完整的幅值特性和相位特性，包括：S-參數的幅值和相位、駐波比（群延遲、回波損耗、反射系數和增益壓縮。矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀一般由合成掃頻信號源、兩個(gè)測試端口（含信號分離部件）、多通道、相位相干、高接收靈敏度的調諧接收機組成。矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀是一種高集成度的測量?jì)x器，所需的外部配置較少，主要是各種校準器，包括開(kāi)路器、短路器、匹配負載、轉接電纜以及連接被測件所需的轉換裝置。

公司生產(chǎn)的37300系列微波一體化矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀將合成掃頻信號源、鎖相接收機和S參數測試裝置有機地結合在一臺儀器中，具有兩個(gè)測試端口、四個(gè)接收通道。不僅可以快速、精確地測量被測件S參數的幅度、相位和群延遲特性，還可測量微波器件的絕對輸出功率。

2.1.1 矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的組成

該測試系統由一臺37347D矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀及其相關(guān)的校準組件構成。主要包括：

a) 矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀 37347D

b) 校準箱 3650

開(kāi)路器

短路器

3.5mm同軸校準件

2cm波導校準件

c) 時(shí)域功能 3700/A

d)下擴頻 SM6164

e) 穩相電纜： 3671a50－1

f) 各種轉換器

g) 測試中必須的非標零件

過(guò)渡波導

波導同軸轉換器

專(zhuān)用波導負載Ⅰ

專(zhuān)用波導負載Ⅱ

專(zhuān)用波導同軸轉換Ⅰ

專(zhuān)用波導同軸轉換Ⅱ

h) 產(chǎn)品支架

i) 吸波材料及支架

j) 打印機。

2.1.2 測試系統組成見(jiàn)圖1

測試系統中包含了部分非標器件作為測量輔助設備，其作用是完成各非標準接口被測件非標準接口到標準接口的轉換，從而滿(mǎn)足與標準測試接口的連接。此外，還必須配置各種夾具及固定件等。為滿(mǎn)足天線(xiàn)的開(kāi)場(chǎng)測試要求，必須配置吸波材料板和支架。

圖1 矢網(wǎng)系統的原理框圖

2.2 標量網(wǎng)絡(luò )分析儀測試系統設計

標量網(wǎng)絡(luò )分析儀是一種性能價(jià)格比很高的網(wǎng)絡(luò )分析儀，通常用于生產(chǎn)線(xiàn)上檢測被測件的外部特性。標量網(wǎng)絡(luò )分析儀只能測量S參數的幅值，相應的參數包括：傳輸增益（傳輸損耗）、回波損耗、駐波比（SWR）等。不同于矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀，標量網(wǎng)絡(luò )分析儀沒(méi)有集成信號分離部件，所以標量網(wǎng)絡(luò )分析儀需要外配信號分離部件，如：功率分配器、方向耦合器、方向電橋。標量網(wǎng)絡(luò )分析儀也沒(méi)有類(lèi)似矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的超外差調諧接收機，而是利用外部的二極管檢波方式。所以標量網(wǎng)絡(luò )分析儀需要外配檢波器。完整的測量系統還應包括校準件、連接電纜、衰減器、轉接器和連接被測件的各種轉換裝置。

安立公司生產(chǎn)的54147A標量網(wǎng)絡(luò )分析儀由內部掃頻合成源、兩個(gè)標準測量通道A和B、一個(gè)參考通道R組成(用于比值測量)?？梢詼y量被測件的傳輸增益（傳輸損耗）、回波損耗、駐波比（SWR）、群延遲、輸出功率等。

2.2.1 標網(wǎng)分系統的組成

a) 合成掃頻信號源 MG3692A；

b) 標量網(wǎng)絡(luò )分析儀 54147A；

c) 微波精密檢波器 560－7S50B；

d) 同軸功率分配器 K240B；

e) 波導高方向性定向耦合器 HD-180WC3/20；

f) 波導型環(huán)行器 HD-180CIC1/2；

g) SWR自動(dòng)測試器 560-98SF50-1 ；

h) 源電纜 NS120MF-6；

j) 電纜組件 85022At；

k) 3dB衰減器 41KB-3；

m) 各種校準器

同軸短路/開(kāi)路器 HD-180OSSJJ，

同軸負載 HD-CL1.15SJ 、HD-CL1.05SJ，

同軸精密負載 28SF50，

波導短路器 HD-180WS，

波導匹配負載 HD-180WL1.03 ；

n) 各種轉換器

同軸轉換器 K220B 、HD-3.5S50KJ、 HD-3.5S50KK 、HD-3.5S50JJ，

波導同軸轉換器 HD-180WESMAK/J、HD-180WSMAK/J；

p) 升降平臺式波導支架；

q) 吸波材料及支架；

r) 繪圖儀 DJ-500。

2.2.2 標網(wǎng)分系統的組成框圖源

高方向性定向耦合器 高方向性定向耦合器

圖2 天線(xiàn)電特性參數測量系統框圖

2.2.3 實(shí)際配置圖見(jiàn)圖3

圖3 標網(wǎng)測S參數的實(shí)際配置

3測試系統的技術(shù)指標

3.1矢網(wǎng)分系統的主要性能指標

a) 頻率范圍：50MHz～20GHz；

b) 動(dòng)態(tài)范圍：105dB；

c) 頻率分辨率：1Hz；

d) 幅度分辨率：0.001dB/div；

e) 幅度準確率：0.1dB；

f) 相位分辨率：0.01o/div；

g) 相位準確度：0.5o。

3.2 標網(wǎng)系統的主要性能指標

a) 頻率范圍：10MHz～20GHz；

b) 動(dòng)態(tài)范圍：71dBm (+16dBm～-55dBm)；

c) 幅值測量誤差：±0.11dB；

d) 檢波器輸入（2個(gè)標準輸入，1個(gè)參考通道R）；

e) 顯示通道 （可以自選最多可達2通道彩色顯示）；

f) 測量點(diǎn)數 可以選值為101、201、401點(diǎn)；

g) 繪圖儀/打印機緩沖器；

h) 自適性歸一化處理。

3.3 被測產(chǎn)品的主要技術(shù)指標

a) 各通道輸出端的電壓駐波系數；

b) 波導管的電參數：

1) 電壓駐波系數

2) 插入損耗

d) 通道損耗

e) 通道之間收發(fā)隔離度

說(shuō)明：在該測試分系統中，為了順利、合理的完成天線(xiàn)各項指標的測試，必須要配有滿(mǎn)足產(chǎn)品調試及足夠生產(chǎn)使用的各種非標準設備，主要有波導轉換器、波導負載、卡子等。波導轉換器用于天線(xiàn)和測試系統的連接。在調試過(guò)程中，天線(xiàn)相關(guān)輸出波導口都需要有負載連接。另外，為滿(mǎn)足天線(xiàn)的開(kāi)場(chǎng)測試，應在天線(xiàn)的前方約±400立體角范圍，距離天線(xiàn)1～2米處張貼吸波材料，在600范圍的材料的反射不大于-40dB，而且必須滿(mǎn)足防火要求。

4 測試系統的維護與校準

4.1 測試系統的可維護性

本系統采用分立系統結構。同軸部件采用SMA接頭方式連接，波導部件采用波導夾連接，各支架及支撐座采用可調節式，操作簡(jiǎn)單方便，便于安裝和拆卸。

4.2 測試系統的校準

為保證測試的準確，在測試時(shí)，應對矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀和標量網(wǎng)絡(luò )分析儀進(jìn)行校準。本系統配置了滿(mǎn)足校準要求的各種校準部件，供測試時(shí)使用。此外，根據網(wǎng)絡(luò )分析儀使用要求，應定期到專(zhuān)門(mén)機構進(jìn)行儀器校準。時(shí)間為每年一次。

5.結論

以上兩個(gè)測試系統已經(jīng)用于對實(shí)際產(chǎn)品的測試，標量網(wǎng)絡(luò )分析儀組成的測試系統三年前投入使用，矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀組成的測試系統去年投入使用。這兩種測試系統共計測試過(guò)5種天線(xiàn)、30種電纜及相關(guān)微波配件的電特性及S參數，共計3000余件產(chǎn)品。通過(guò)對大量產(chǎn)品的測試表明，這兩種測試系統工作穩定、操作方便完全能滿(mǎn)足產(chǎn)品測試的實(shí)際要求。