矢量网络分析仪阻抗特性误差分析

摘要

矢量网络分析仪发展至今已有几十年的历史，工作频段从几kHz到几百GHz，在微波领域中应用十分广泛，其特性阻抗大多数为50Ω。随着微波技术不断发展，被测网络往往偏离50Ω，一些常用的微波器件输入输出阻抗只有几欧姆，而一些高阻抗器件的输入输出阻抗可以高达数百欧姆，甚至数千欧姆。使用50Ω特性阻抗的矢量网络分析仪测量非50Ω的被测网络会不会带来测试误差，为了对其进行分析与实验验证，本文做了以下工作： 首先介绍了微波网络S参数的概念，介绍了矢量网络分析仪基础测试原理及基本结构，详细介绍了每种结构的作用与原理。 其次阐述了误差修正原理，介绍了误差类型及引起误差的原因，不同的校准方式及其校准精度，重点介绍了单端口的误差模型与误差修正公式，双端口的误差模型以及其误差修正公式。 然后介绍了本文的实验方案，首先是通过同轴传输线阻抗的计算公式推导出空气线阻抗的计算公式，其次设计了标准阻抗被测件，精确加工制作了12根不同阻抗的2.4mm同轴空气线内导体及两根2.4mm外导体，最后理论计算出单端口反射系数，双端口反射系数与传输系数。 最后分别进行了时域和频域测量，在时域状态下，可以十分清楚的看到空气线沿线每个位置所对应的阻抗，测试结果与理论计算值比较接近。在频域状态下，通过单端口与双端口测量得到测试数据，与理论计算进行对比分析。单端口误差分析结果有以下三个结论：一是50Ω特性阻抗附近测量误差相对较小，偏离50Ω特性阻抗，测量误差有增大的趋势；二是不同特性阻抗空气线测量误差随频率增加而增加；三是测量误差对终端端接负载特性比较敏感，端接50Ω负载时测量误差相对较小，而端接开路器与短路器时测量误差相对较大。双端口误差分析结果有以下两个结论：一、不同特性阻抗空气线测量误差随频率增加而增加；二、50Ω特性阻抗附近测量误差相对较小，偏离50Ω特性阻抗，测量误差有增大的趋势。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1矢量网络分析仪研究现状

1.2.2误差分析研究现状

1.3 本论文的主要工作

2 矢量网络分析仪基础原理

2.1 概述

2.2 微波网络S参数

2.3 矢量网络分析仪基础结构

2.3.1信号发生

2.3.2信号分离

2.3.3信号接收

3 矢量网络分析仪误差修正原理

3.1概述

3.2误差分析

3.3校准方式

3.4误差修正原理

3.4.1单端口误差修正原理

3.4.2双端口误差修正原理

4 实验验证方案

4.1 概述

4.2同轴线特征阻抗理论计算

4.3空气线设计

4.4反射系数计算方法

4.4.1空气线反射系数计算

4.4.2固定负载

4.4.3开路器

4.4.4短路器

4.5传输系数计算方法

5实验测试及误差分析

5.1实验测试

5.2时域测试

5.3频域测试

5.3.1单端口测试误差分析

5.3.2双端口测试误差分析

6总结与展望

6.1本文研究工作总结

6.2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢