S参数定义、矢量网络分析仪基础知识和S参数测量

S参数定义、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「（回损、

驻波比、s（l）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To

=|RN中(1.1)

插损（IL）=20Log|TIdB,一般为负值，但有时也不记负号，①即相移。

图1：射频信号经过器件模型

>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Su、Sai.s*Sa2o

s参数的基本定义：

S11：端口2匹配时，端口1的反射系数【,及输入驻波，描述器件输入端的匹配情况，

Sll=a2/al;也可用输入回波损耗RL=-201g(P)(能量方面的反应)表示。

S22：端口1匹配时，端口2输出驻波，描述器件输出端的匹配情况，S22=b2/bl«

S21：增益或插损，描述信号经过器件后被放大的倍数或者衰减量。S21=bl/al.对于无源网

络即传输系数T或插损，对放大器即增益。

S12：反向隔离度，描述器件输出端的信号对输入端的影响，S12=a2/b2o

特点：

1、对于互易网络有S12=S21

2、对于对称网络有S11=S22

3、对于无耗网络，有S11*SU+S21*S21=1,即网络不消耗任何能量，从端口1输入的能

量不是被反射I可端口1就是传输到端口2上

4、在高速电路设计中用到的微带线或带状线，都有参考平面，为不对称结构(但平行双导

线就是对称结构)，所以S11不等于S22,但满足互易条件，总是有S12=S21。

假设Portl为信号输入端口，Port2为信号输出端口，则我们关心的S参数有两个：S11

和S21,S11表示回波损耗，也就是有多少能量被反射回源端(Portl)了，这个值越小越好,

一般建议SIl〈0.1,即一20dB,S21表示插入损耗，也就是有多少能量被传输到目的端(Port2)

了，这个值越大越好，理想值是1,即OdB,越大传输的效率越高，一般建议S2D0.7,即

—3dBo

如果网络是无耗的，那么只要Portl上的反射很小，就可以满足S2D0.7的要求，但通

常的传输线是有耗的，尤其在GHz以上，损耗很显著，即使在Portl上没有反射，经过长距

离的传输线后，S21的值就会变得很小，表示能量在传输过程中还没到达目的地，就已经消

耗在路上了。

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。

反射系数、回波损耗、电压驻波比

回波损耗(ReturnLoss):入射功率/反射功率，RL=-Sll=-201g(P),为dB数值

反射系数（「）：反射电压/入射电压，为标量「=反射波振幅/人射波振幅=（传输线

特性阻抗-负载阻抗）/（传输线特性阻抗+负载阻抗），即r=|（ZL-Zo；/（ZL+Zo）I的绝对

值

电压驻波比（VoltageStandingWaveRation）:波腹电压/波节电压，VSWR二电压最大值

/电压最小值=Umax/Umin=（1+反射系数模值）/（1-反射系数模值）=（1+P）/（1-P）

行波系数：K=电压最小值/电压最大值:Umin/Umax=（入射波振幅-反射波振幅）/（反射波

振幅+入射波振幅）

反射系数、回波损耗、驻波比对照表（RL单位是曲,实际值是负值）

基本网络基数:

(-)反射参数

正向

反射系数rr=snr=S22

回波损耗RLRL=-20lg|Sll|RL=-20lg|S22|

驻波比SWRSWR=(1+|S11|)/(1-|S11|)SWR=(1+|S22|)/(|1-S22|)

POlZZ=R+jXZ=R+jX

=zor(i+snyfi-sini=Z0r(l+S22)/(l-S22)l

(-)传输参数

正向反向

传输系数TT=S21T=S12

插入损耗LL=-20lg|S21|插入损耗又称衰减

地益GG=20lq|S21|

传输相移cp(D=arctanS21(D=arctanS12

群延时tantan=-d(p/da)=-dcp/360odf(3为角频率)

1.2传输线

传输射频信号的线缆泛称传输线。常用的有两种：双线与同轴线，频率更高则会用到

微带线与波导，虽然结构不同，用途各异，但其基本特性都可由传输线公式所表征。

•特性阻抗Z0它是一种由结构尺寸决定的电参数，对于同轴线：

_60.D

7单位为Q(1.2)/

2。=

式中£r为相对介电系数，D为同轴线外导体内径，d为内导体外径。

•反射系数、返回损失、驻波比这三个参数采用了不同术语来描述匹配特性，人们希

望传输线上只有入射电压，没有反射电压，这时线上各处电压一样高，只是相位不同，而实

际上反射总是存在的，这就需要定义一个参数。式中ZL为负载阻抗，Z0为同轴线的特性

阻抗。

反射电压ZL"-4

照寸系数=|r|(13>

入射电压ZL+Z。

由于反射系数永远W1,而且在甚高频以上频段手边容易得到的校准装置为衰减器，所以有

人用返回损失(回损)R.L.来描述反射系数的幅度特性，并且将负号扔掉。

回损R.L.=20LogIrdB（1.4）

有反射时，戌上电压即有起伏，驻波比（S.W.R）是使用开槽测量线最易得到的一个参数,

比较直观。

噎日

驻波比P=S.W.R=_1+(1.5)~

心-1叩

当I□<<1时，P=1+2|rI(1.6)

本仪器三种读数皆有，可任意选用。

•阻抗圆图

将（1.3）式的分子与分母司时隐以Zo（归Tt）,

用极坐标画垢就成了史密斯1g图，也常称嘶n图，

或简作窗图。通常e是触表示肺牡瞒Ma抗的,

水平轴期哪轴，上半面偏电感，下半面偏电容，右面

（严格讲来是在L1的圆R）阻值偏高，左面（在1=1

的哪卜）阻值偏保知道了负载在圆图上的勃迹就马

上可以知道负载的姗，该海什么方法匹配、i丕有无

睦已满静，…

一S1.1史礴

如A,B两个规格的天线，若只在标网上选择，肯定选B而不要A,而在矢网上看，A

比B有潜力得多，加个电容就比B好了。这种情况是大量存在的，在全波振子对测试中

就是这种情况。因此，在调试中首先要将天线阻抗调集中（在圆图上成团）。举例来看,

反射网与振子高度调节就有这种情况，折合振子单边加粗也有这种情况，然后再采取措

施（如并电容，串电感，调短路片位置，改平衡器内导体等）使其匹配。而且经常不是

使中频处于圆图中心，而是使整个频带处于中心某一小圆内，即牺牲一下中频性能，来

换取总带宽。

阻抗圆图上适于作串联运算，若要作并联运算时，就要转成导纳；在圆图上这非常

容易，某一点的反对称点即其导纳。请记住当时的状态，作阻抗运算时图上即阻抗，当

要找某点的导纳值时，可由该点的矢彳量转180。即得；此时圆图所示值即全部成导纳。

状态不能记错，否则出错。记住，只在一个圆图上转阻抗与导纳，千万不要再引入一个

导纳圆图，那除了把你弄昏外，别无任何好处。另外还请记住一点，不管它是负载端还

是源端，只要我们向里面看，它就是负载端。永远按离开负载方向为正转圆图，不要用

源端作参考，否则又要把人弄昏。圆图作为输入阻抗特性的表征，用作简单的单节匹配

计算是非常有用的，非常直观，把复杂的运算用简单的形象表现出来，概念清楚。但对

于多节级连的场合，还是编程由计算机优化来得方便。

•传输线的传输参数同上面两端口网络，不再重复。

1.3有关仪器的几个术语

・网络分析仪能测单或两端口网络的各种参数的仪器，称网络分析仪。只能测网

络各种参数的幅值特性者称为标量网络分析仪，简称标网。既能测幅值又能测相位者称

为矢量网络分析仪，简称矢网，矢网能用史密斯圆图显示测试数据。

•连接电缆一根两端装有连接器的射频电缆叫连接电缆（也有称跳线的），反射特

小的连接电缆称测试电缆。

・反射电桥为了测得反射系数，需要一种带有方向性（或定向性）并保持相位信息的

器件，如定向耦合器或反射电桥，本仪器采用的是反射电桥，它的输出正比于反射系数。其

原理与惠司顿电桥完全相同，只不过结构尺寸改小适于高频连接，并且不再想法调平衡，而

是直接取出误差电压而已。反射电桥一般只能测同轴线等单端馈线系统。

•差分电桥能测双线馈线系统的反射电桥称差分电桥。

•谐杂波抑制能力一般国产扫频源的谐杂波在一20dB左右，甚至杂散波只有一

15dB,进口扫频源好的也就在一30dB多一些，外差式接收机对谐杂波的抑制能力皆在40dB

以上，不会出现什么问题。而对于宽带检波低放的扫频仪与标网，不外接滤波器对寄生谐杂

波是没有抑制能力的，有时就会出现下面几种问题：滤波器带外抑制会被测小，天线驻波会

被测大，窄带天线增益会测低。

・动态范围仪器设置到测插损，将一根好的短电缆的一头接到输出口，另一头接

到与屏幕显示相对应的输入口上，按执行键进行校直通后，拔抻电缆后仪器显示的数值

即动态范围，应》70dB。

•对插损的广义理解

隔离度不该通而通了的插损称隔离度或防卫度。

方向图天线对一固定信号在不同方向的插损称方向图。

§2传输线的测量

2.1同轴线缆的测量

一.测电缆回损

1.待测电缆末端接上阴负载（或阳负载加双阴），测其入端回损，应满足规定要求。假

如是全频段测试的话，那一般是低端约在30—40分贝左右，随着频率增高到3GHz,一般只

能在20dB左右。假如全频段能在30dB以上此电缆可作测试电缆，一般情况下尤其是3GHz

附近是很难作到30dB的，能作到26dB就不错了。

2.回损测试曲线呈现周期性起伏，而平均值单调上升，起伏周期满足,F=150/L,式中L

为电缆的电长度（米），/F单位为MHz,则此电缆属常规正常现象，主要反射来自两端连

接器处的反射；若低端就不好，甚至低频差高频好，或起伏数少，则电缆本身质量不好。

3.回损测试曲线中某一频点回损明显低于左右频点呈一•谐振峰状，此时出现了电缆谐振

现象。只要不在使用频率内可以不去管它，这是电缆制造中周期性的偏差引起的周期性反射

在某一频点下叠加的结果，我们只能先避开它。这种现象在1998年我们买的SYV-50-3电缆

中多次碰到，回损只有10—14dB,粗的电缆倒不常见此情况，用户只有自己保护自己，选

择质量好的才买。

4.在测回损中出现超差现象时，可按下面提到时域故障定位检查加以确诊，以便采取相

应措施。

二.测电缆插损（也称测衰减）

1.替代法

在使用要求频段下，用插损档通过两个10dB衰减器用双阳校直通，校后用电缆代替双

阳接入两衰减器之间即得插损曲线，此法为最常用的方法。

2.回损法测插损

在仪器经过开短路校正后，接上待测电缆，测末端开路时的【可损，问损除2即得插损，

此法的优点在于不会出现插损为正的矛盾，特别适合于已架设好的长的粗馈管首尾相距较远

的场合。

3.非正常情况

检测电缆时最好用全频段测试，插损由小到大应是一单调平滑曲线，并且插损在标准规

定以内，小有起伏也不要紧，那是反射叠加引起的。但若有某一频点附近显著高于左右频点

（插损增大）呈一下陷曲线状，说明此电缆有问题。多数是连接器外皮压接不良所造成，返

工后重测。少数是电缆本身形成的，那么此电缆只能隔离待查，停止使用。

连接器外皮显著接触不良，可用下面提到的电缆屏蔽性能检查方法加以确诊。

三.同时测插损与回损可按说明书4.7节进行双参量测量。

双参量测量精度不如单参量高，若无必要，以采用单参量为宜。

四.同轴电缆电长度的测量

1-引言

在射频范围内，经常采用同轴电缆对各个功能块、器件或振子单元进行连接（即馈电），

除了要求插损小、匹配好之外，常常还对引入的相移提出要求。一般只要求相对相移，譬如

同相天线阵或功率组合单位等。它们要求每根电缆一样长，而收发开关或阻抗变换场合则会

提出长度为入/4的要求，而U形环平衡器又会提出长度为入/2的要求，这就出现了如何测

电缆电长度的问题。

在不加支持片的同轴线段中，同轴线段的机械长度（或几何长度）与电长度是一致的，

在有支持片或充填介质的情况下两者是不同的，机械长度与电长度之比为波速比（也有称缩

波系数，或缩短系数），一般在0.66至41之间，电长度显得长些，而实际机械长度显得短

些。实际上要求的是电长度，矢网正好能测电长度。

2.测反射相位定电缆电长度

当电缆末端开路时，在其输入端测其反射的相位是容易的，由于反射很强测试精度也较高。

当然末端短路也是可行的，但不如开路时修剪长度来得方便，因此常在末端开路的情况下进

行测试。

i、入/4电缆的获得

•仪器设定在要求的使用频率下点频工作，在测回损状态下校开路与短路。

•接上待测电缆（末端开路），若电缆正好为人/4时，相位读数应在180°附近。

若中＜180"则说明电缆偏长，反之则偏短。

•此法也适于测入/4奇数倍的电缆，致于是3入/4还是入/4,点频下是分不清的。

ii、入/2电缆的获得

•同前（即在点频测回损状态下校开路与短路）。

•接上待测电缆（末端开路），若正好为入/2则测试相位值应在0°附近，若中在0°

以上（第一象限），则电缆偏短，若在360°以下（第四象限），则偏长。

•此法也适于人/2整倍数的电缆，至于是X还是X/2,在点频下是分不清的。

道、与参考电缆比相对长度

•同前（即在点频测回损状态下，校开路与短路）。

•接上参考电缆（也称标准电缆），记下相位读数①0。

•接上待测电缆，若读数①二①。则说明两电缆等长，不等则相差为①-①。，注意仪器

相位为领先值，读数越大越领先，①大于中。则偏短，反之则偏长。

iv、几点说明

・i、ii两种，由于是在人/4与人/2特殊情况下进行的，与电缆特性阻抗无关，而第m种

测试精度与特性阻抗有关，只有相同特性阻抗的电缆比较才有意义，否则出错。

•在测试中有时会搞不清是长了这是短了，可以在末端或始端加一小段电缆（如保护接头）

试试，若更离开理论值说明电缆长了，若更靠近理论值则说明电缆短了。还有一种方法，是

用三个频率，即f°±Af,扫频测试，若高频点接近理论值则电缆短了，若低频点接近理论

值则电缆长了。

•由于反射法电波在电缆上走了两次（一个来回），所以读数与误差皆要除以2。

3.测传输相移定电缆长度

在行波状念下，电缆引入的相移即其电长度，这种作法一般更符合实际使用情况，但由于要

求两端皆接上高频连接器，因此一般只适于验收，而不适于调整。下面介绍一下比较两根电

缆的相对相移。

•在测插损状态下，经过连接电缆与两个10dB衰减器对接后校直通。

•在两个衰减器之间串入参考（标准）电缆，记下相位测试值①0。

•换接待测电缆，若测试值亦为必则两者等长，若测试值为①，①-①。为正则短了，

反之则长了。搞不清时，请参见上面几点说明中的第二点。

4.时域故障定位法测电缆电长度

同轴电缆末端开路（或短路）测出的故障位置即电缆电长度，，此法可测电缆绝对电长

度。

•按测I可损法连接，并选时域状态。

・估计电缆电长度，将距离档选到合适距离，以避免模糊距离。

•按菜单键取出机内扫频方案后，进行开路与短路校正。

•接上待测电缆，进行测试，画面出现一峰点。

•将光标移到峰点附近后按菜单键，光标在《放大》下闪动，再按执行键画面将展开四

倍后重画一次,并在方格下

面显出XX等数值，此值即电缆电长度。

五.同轴电缆的时域故障定位检查

1.同轴电缆的三段反射

同轴电缆可说是射频设备中少不了的一种连接件，短者几厘米，长者几百米，它并不是

一种很起眼的东西，但对系统性能确是至关紧要的一环。对同轴线可以提出多方面的要求，

现在我们只看看对它的驻波比要求。

通常要求同轴电缆的驻波比W1.1,即使在V频段这个要求也不低，在更高频段那就更

难了。对于电视台发射天馈系统，其系统的驻波比就要求为1.1,那分配给馈线的指标就更

不好提了。

一根同轴线（电缆或馈管）从其输入端测出的驻波比是由三段反射的矢量叠加造成的。

一段是远端反射，它包括了负载的反射以及电缆输出连接器处的反射，如果负载是无反射的

标阻，则远端反射即指输出连接器处的反射，另一段是输入连接器（包括转接器）处的反射

叫近端反射。还有中间这一段由电缆本身制造公差引起的分布反射，使用者对这段反射是无

能为力的，只是把问题搞清楚而已，以便于采取相应的措施。

如何分清这二段反射呢？

2.时域分布反射的获得

为分清一根电缆的三段反射，通常用时域反射计，它是一种能发射很窄脉冲（ns级）

后看其反射波形的仪器，虽然它很有权威性，但确有三点不足：第一点是有死区（或盲区）。

对近端反射无能为力，因为在发射脉冲宽度内的反射一般是被发射脉冲淹没了。第二点是它

对波导系统无能为力。第三点由于发的是窄脉冲，所占频段极宽，待测件的测试频段不能控

制。如本来电缆只用于400兆赫附近，而它测的却是几十赫到千兆赫内全频段的性能，这并

不适合于一般使用者的要求，它只是一种电缆生产厂的一种专用的贵重设备。看来这种仪器

早晚是要被淘汰的，它的性能不如测领域反算时域的方法来得灵活，而且还多花钱（作为验

收，频域仪器是必备的，假如它有时域功能就不用再买时域反射计了）。

现在可用网络分析仪上的时域故障定位功能软件来完成时域反射的测试。它的作法是在

领域中测出多个有关频率的反射系数，然后经过运算来得到时域画面,纵坐标为反射系数幅

度值，横坐标为距离或时间。不单分清了三段反射而且看出了同轴电缆上的分布反射，从而

可以检查电缆制造的工艺水平或质量水平。普及型矢量网络分析仪PNA上带有时域功能，它

能根据电缆使用频段来设定扫频起止频率，以便得到符合实际需要的时域检查。PNA的时域

最高分辨力为6cm,随着探测长度加长而降低。下面的例子都是用PNA测的，曲线都是机内

所附的微打印机打的。对一般使用者以及专业电缆生产厂都有参考意义。

&^4^3。仔，

■故障定位椭龈验p

用三段短电缆及两个双珥连起来科谶阴负载

来颜一段寻故障轴缓，可加月显见两月的峰。“

图2i

•测电缆的度+

电球耕路（或短路）目阿蛆迪长度，图为

T艮46.0mm的SFF-50-3的测赧据，其电长度为645。

mm,波逊哟0.7,缩短系域）1.4./

图2-

•电缆的三段所春♦

这亳T1然型的测微据，远ifi端由g器处的反

身措为0.03（T^i£并不对称），而电缆的分布反射为

0.005.一般50—3的电级，市售J5连接器的反I烟为

0.W-0.1,琳1设计的JbN约0.01-0.03有所改进.

图2i

■J1种电级本身的分布反身寸"

谡我（门手上班撮d曲物，檄提进口的，

我们用SFF-50-7梆示它，就反射而言，这触级适一

于例雕线可惜剩欠法差些.

图24-”

图2&

选了三种典型蟋，所冽电级样本抬1.5m,用3M230MHZ,/FHOMHz打财案测弑（假

如用窄翻陆，反^会爆大硒伏数会滤卜）。〃

■长电级的例子。

图27图28~

选了三种典型雌，所冽应缔本长纹I1.5m,用3（M230MHs/F=40MHz投财案测弑（假

如用窄翩城，融才会―硬暗会麻卜）.，

・犍级的例子Q

图27

上面是两段约30米长的电级的两个例子,测献段为240-^00MH&ZlF=2MHzf显材这段KD-12

从以上测试结果可以得到如下初步结论。

•相同品种的同轴电缆，粗的分布反射比细的分布反射小。

•分清三段反射能帮你找出故障（或指标差）的原因，明确改进方向。

根据目前掌握的实际情况，插头的反射不宜大于0.03,电缆的分布反射不宜大于0.01,

电视用时要求还要高一些。

•故障定位功能是很有用的，按使用频段设定扫频频段也是有效的，宽带反射小而起伏

多，窄带的反射大而起伏少不容易漏掉故障。

六.特性阻抗的检测

1.问题的提出

这里举个例子，某厂加工了一批SFF-507.5的带SMA插头的电缆，做了五根样品长约

120mm,都是合格的。后来做了几十根长约240nlm的却全部临界，在430MHz附近P为1.15。

用时域看反射在两端插头处约0.Q7,为此加测了Z。，发现为47。。后来换了Zo为49.8的

电缆，P只有1.04。原来做短的合格是因为刚好反射相消，而长的长度不合适造成反射叠

加I,在窄带虽可用凑长度解决问题，但最好还是采用好的电缆为宜。

当时域检测发现两端连接器处反射较大时（譬如＞0.04）,除了装配质量外，还有插头

本身设计问题，一般市售连接器是不适于用到3GHz的。假如连接器是仔细设计，考虑了支

持片的影响的，那么还有一个因素那就是电缆的特性阻抗可能不对，此时就应测测电缆特性

阻抗。

2.作法

•样本与扫频方案对于已装好连接器的跳线，长度已定，只能由长度定扫频方案而对

于电缆原材料，则可以按要求频率确定下料长度。此时待测电缆一头装连接器即可。

•样本长度与扫频方案是相互有关的，可以点频测也可以扫频测，取值要取相位靠近

270"时的电抗值，此时电长度为入/8、电抗值在土150。附近，如40〜6。。之间，否则不

易得到可信数据。测试频率宜低些，以减少连接器，以及末端开短路的差异造成的误差。

以SFF-50的电缆为例，取样本长500mm,其电长度即为700mm（乘L4波速比），扫频

方案可选46〜56MHz,AF=2MHz即可。

•仪器在测回损状态下，电桥输入端与输出端各串一只10dB衰减器。校过开短路后，

接上待测电缆。记下待测电缆在末端开路与短路时的输入电抗值（不管电阻值），两者相乘

后开方即得特性阻抗值。

•一般测试只选一点最靠近270°的点（即50Q）进行计算即可，要求高时，可在50土

10。范围内选5点进行平均，这5点之间起伏不应大于0.5Q,否则电缆质量不好。

•电缆两端测出的特性阻抗有可能是不相同的，说明该电缆一头特性阻抗高，一头低。

要求高时，应对样木进行掉头测试，两端测出的特性阻抗不应相差0.5Q.

注意：1：虽然所有入/8奇数倍的频点皆能进行测试，但只测了前面入/8,后面人/4

及其倍数都是不参与的；它只提供了。点与8点，这两点只与长度有关，而与Z。无关。

2：测75Q电缆时，请用75Q电桥，测试数据请乘1.5倍。

3：有人采用测数百米长电缆的输入阻抗来代替测Z。，这并非标准方法，实际上是

对电缆提出了超标准的要求。除非电缆非常好，否则不易通过。

七.电缆屏蔽度检测

也称漏泄检测，也有称防卫度检测，作法同阵面幅相检测。

•采用全频段扫频方案，测插损，用一根好的短电缆校直通；

•在输出端接上待测电缆，其末端接上阴负载或双阴加阳负载；

•将一个拾取环（见幅相检测），通过一段电缆接到输入端，当环远离待测电缆时读数

应270dB；

•将环靠在电缆上滑动，若读数仍在70dB以上则电缆性能优秀，若读数在60dB左右属

良好，若读数在40-50dB就不太好，但勉强能用，若读数在20-30dB则肯定有了故障，一般

出现在连接器处，必须重装，压紧后再测，连接器处不宜低于50dB：

•连接器接地不良时，其时域波形表现为拖尾巴波形，而不是一个单纯的脉冲波形；

以上讲的是带插头的电缆（常称跳线）的检测方法，只是一种查毛病的方法，并不作为

验收的依据。

2.2PNA用于测量75c系统的补充说明

PNA本身是50。系统测量仪器，在有75Q配套件的情况下，可在351000MHz频段内对75

。系统进行测量。

1.测回损主要是改用75Q电桥，该电桥输入输出端口仍为50Q,故仍然可用原配电

缆接上，而电桥测试端口为75。，即能按原说明书所述方法对75Q系统的反射特性进行测

试。

­测阻抗或相位或者所测驻波较大时，请用75。短路器加校短蹿。

•对电桥定向性有怀疑时，可用75Q负载验证，也可采用校零措施。

•改用75。电桥测试75Q系统时所有驻波、回损、相移值都是对的，但阻抗值请注意

还要乘1.5才对。

2.测插损在仪器输出输入端各接一根50Q电缆，在电缆另一端各接一只50K/75Q转换,

并用75。双阴将它们对接起来校直通，然后取出双阴串入待测件即可测出其插损与相移。

示意图如下：

3.测增益接法与测插损相似，但应加30dB衰减器后校直通，衰减器可以是50。的，也

可以是75。的，各自串入其相应位置，其作法与原说明书相同。

4.时域故障定位除改用75。电桥外其他与说明书全同，校短路请注意要用细芯子的75

。短路器。

注意：由于75Q与50c两者内导体差别较大，使用时应小心不要插错，粗的插入细的会

损坏器件，细的插入粗的则接触不良甚至不通。

5.75Q配套件清单

的名称名称

11只5JK75~50转换2只一

275Q负载1只675Q双阴1■只一

375Q短路器1只775。双阳1只〃

475。保P接头1只一

2.3多对双绞线电缆的测试

在电脑网络连线中，用到了多对双绞线电缆，而且提出了技术要求，如何用常规单端（一

线一地制，如同轴线）仪器进行测试呢？

一.技术要求：有关单位对于5类线（四对双绞线）的技术要求见下表（每对绕成双绞线

的线又有多股与单股之分。相当线号为24AWG—26AWG）。

EIA/TIA—568A传输要求，

频率^特睡抗一回损+近端窜扰，衰凝dB/100M^

MHZJ的的单股二

210吐回23~62d24口2

10〃100±15P23d47cri5

16d100±15P23~44*93Q

20c100±15*23P4231L29.3-

25c10吐15c22。41，12310.3

31.25—10吐1522W39。14.IP11.7^

625r100±15^18-35~20布17"

100^100±15^16P32d26.4P22。

注：在执行5类线标准验收时，有的用户要求按输入阻抗为100±15Q来验收，其理

由为既然有特性阻抗为100±15。的要求，而现在线很长(300m),因此只测其输入阻

抗来代替前两项要求。

对于理想的均匀线，这个要求还勉强说得过去，问题是线既不理想也不均匀，这个

要求就超出了标准范围，否则就没有必要定第二栏的要求。对于100MHz,标准规定回损

为16dB,假如按输入阻抗要求则为23dB,超过标准7dB；因此把特性阻抗验收标准改成

按输入阻抗验收，是不符合标准的作法。另外有的仪器有⑵坐标.这是一种电路参数

而不是传输线参数，用|Z|W100±15Q来要求传输线的输入阻抗，是会闹笑话的。比如

Zi产jlOOQ,是完全符合|Z|这10C±15Q要求的，而对于传输线而言却是全反射，根本不

能用。

二.测试方法这儿只讨论用矢量网络分析仪来测试双绞线，不涉及市售电脑线专用测试

设备。

1.直接用单端仪器测试这是一种原则性的错误，因为平衡受到破坏，产生了共模电流,

将导致衰减加大、窜扰严重。但有的地方仍然是这样作的，不妨试一试。

2.采用PNA100Q差分套件。

3.将单端仪器测试口通过复用开关扩为八个，采用混合模式散射参量进行计算与校准，

这是ATN公司的方法。

下面将只采用1、2两种方法进行测试，是用PNA3628进行的，其频率范围为：IKHz一

120MHz<,测试样本是一段22.5米的商品电缆。

三.测试结果

1.特性阻抗Zo测试

虽然z。一般不是频率的函数，但仍测了三个频点，测时线长最好用测试频率的人/8,

测其末端开、短路时的输入电抗，相乘开方后即得。

测试频率MHz11062.5

单端电桥测Q97〜114103.6〜107.7100-106

差分电桥测Q108-113103-108103-108

每个频率下有四个数据（四对线），两法测试结果差别不大，看来都可以用。

2

测试频率MHz11016202531.2562.5100/

卿4dB2428.823.42721162716.44-'

dB24.52724.42623.819.421.315.8-

表中为四又例中的最差值，邺赚差的缈击领法中并不f但1句题以乎不算大…

图中上面T期6为要求值，与用差分

转换将蜘艮吻合（但很临界）；一

用单撷凰W显著超标（下面的螃）,

数据不合理。

/2山

4.amr

图中靖为要求值，用差分转换头测的完

全符合要悯诅很繇（下面的峨）。用胸瓢J

的则严重超标，数据不合理（上面的雌）.，

图21i

四.PNA100C差分套件

1.差分转换头

2.差分电桥它是一个由三个100C无感电阻，与接在测试口上的待测电阻，组成的一

个平衡电桥（惠士顿电桥）。

由信号源来的单端信号，通过平衡器变成差分信号后，接到电桥的对角线两端。另一个对角

线两端，再通过另一平衡器将误差信号变成单端信号后，送到仪器的接收输入端。即可直接

得测得100。双线系统的回损或驻波比，也可测试输入阻抗；但数值要乘2,因为仪器为50

Q系统。

五.结束语

直接用常规单端矢量网络分析仪测特性阻抗是可行的，测【可损的误差则大了些，但似乎

尚能勉强使用，测衰减则显著偏大，测审扰则严重失实。

采用PNA100Q差分套件后，矢量网络分析仪既可胜任各种双绞线的测试，也可进行时

域故障定位测试。

2.4微带线的测试

一.微带线Z。的测试待测微带线的样本为一长度26cm的一块微带线，按前述测％方法,

测此线在末端开路与短路时的输入电抗值（不管电阻值），两者相乘后开方即得特性阻抗

Zo值。

二.微带接头的测试在一块50Q微带线的样本为一长度26cm的微带线两端装上连接器,

对此线进行时域故障检查，调节两端连接器与微带线的过渡尺寸，使得两端的时域反射W

0.03（越小越好），样本适当长些以便分清两端分别对待。时域测试与频域测试互相对照，

有利于对被测线作出更合理的裁决，到频域后可按K菜单》键再选《时域》返回。

三.双面复铜板介电常数的测试

1.低频测电容法

i、公式推导：由物理书可知C=A£。/t,£产8.8552义10-法/米S8552X1。-。）若

A=10X10mm2,t=l,则C=0.8855P,即1平方公分的两个板间距为1mm时的电容约0.9P,而

1mm见方的面积两板间距为1mm即1mm电容=0.008855P,有介质后C=£,C

Er=112.9XCXt/A（2.1）

ii、作法：用一只能分辨IP电容的二用表进行测试，如一块62X73nM的复铜板，测得C

为114P,而I扣除铜箔厚度后为0.96,则312.9X114X0.96/（62X73）=2.67

2.

i、澳推导：对中仁宽b,高h的晒例里i^：长〃

2

=/(2.2)♦

J®/ay+(〃/4+Q?//y

对于复铜板？h不大，故P=0。为笥单起见取2=七m=n=b贝iJ4=J^以＜-'

有介我)％=J2J以▼其若a取50，则(2.3)

2/—/J9*物

ii、样本制作：截一块50X50的方板，四边用铜皮焊住，注意不得有漏焊处.

2-中广中5耦合孔(砥靠运耦包龈测得道S)一

Ob=50-1

1

iii、派版访法：设定O船案后作直通校正，舶将输入输出线睡过两才触面面的电缄寸

18

准耦合孔溅毓，即现帽蹴®率。如测得片为263GHz,则J

2.632

超瞬ffi破寸切隔焊接，颗捌呵…

*-02.14--

2.5PNA用于测波导系统

PNA常用于测同轴线系统，测波导系统时，应针对手头器件情况进行相应的变动。

一.测波导器件的插损与相移］

只要有两布司般^导，即可按厨同辘胡腼斯法进行一

•按菜单键，设定扫频方案并按执行键选定之。

•将两只同轴变波导（eg）经两只波导隔离器对接起来，入（左）端接到仪器输出端，

出（右）端接到仪器输入A（或B）端，校直通。

•插损量程有四档，可按RIW键来选择，最小一档为0-2.5邢，最大可测80dB。

测移相器相移与插损时，可按K菜单2键，选《相损》档，画面将随KI3键反复出现

四种坐标：

1.相位量程为±180°（每格72°）,插损量程为+1〜-4dBo

2.插损仍为+1〜-4dB,相位在光标点的附近平移展开（每格5°）。

3.相位按±180°（每格72,）,插损量程改为+5〜-20dBo

4.插损仍按+5〜-20dB,相位在光标点的附近平移展开（每格5。）o

一.用同轴反射电桥测波导器件（或系统）的反射特性

1.常规扫频测试

・（如图2.16）将反射电桥（KB）接到同轴变波导上，并用一块短路板将波导口短路

（封上）后，按执行键进行K校：开路X项目。

•假如同轴变波导的失配很小时，可直接连上待测件进行测试。

J

拆下短路板接上儆嚅件，艮何进行测或此时海弑鼾将包纲轴蝴导的反^在内，储口

要求不高这样做是可行的.d

•由于波导口开路并非全反射，因此波导系统测试中一般只好用校短路来代替校开路，

这样作对测驻波比（回损）无妨，闪点参数所显驻波比（回损）数字有效.

•用短路代开路后相位差了180°,因此再用阻抗圆图来看时，就成了导纳圆图。此时

用圆图只宜用来看相位与看曲线集中情况及趋势等，而闪点参数所显相位数值需改正负号

（即差±180°）,R与X是不太好用的（一定要用的话，可将R+jX丘50Q除后取倒数，即

得归一后的相对导纳g+jb）o

•用矢量便于对器件进行匹配。

2.点频计量测试法

A.入/4法

在上面提到的测试方法中，由于同轴变波导的失配不知道，必然带来误差，这种误差在

点频上可用人/4法分离。对于波导系统则用入J4o

以点频2450MHz为例，对于BJ-26,3:173.36,准备一段长度为3/4=43.34±0.1的

短波导即可。做法如下:

-按测损曲，电楸I弑口通速邓瞧到同螭娉桐襁口h在藤导口接上"4短波

导，再在3/4短波导制接上通路板。在仪器阳为点频、测可损的情况下，才引1行键，进行R梭

开路』项目。见图2.1&"

心邙3^］一加图218，

■取下XJ4短波导，直接在同轴由皮导口屿上通路板，才藻单辘短路项，才封九行键，进行

短路校正。同图2.16。v

・取下短路板与3/4短波导，在同被波导口上接上翻烦载（同图2.17）,记下测据IL

|与中。，|「。|可由回损RL算出或由排困1选超切囱丁出•一

■在同轴髅导*用财间串\"4短波导，记下域打出）测赧据|「】|与3见？03

।田入J3口加w|图219~

■图解法用直尺与量角器，超艮/阿由「。与「》咄r“（同随波导的反«寸），「,“（待

图2,20矢量图+

测件的反射）。以纸中心为原点，由同一原点、按同--比例在纸上画出「。与一的矢量图,

连接「°与

「1的端点a与b,找ab连线的中点m,则om=「《,ma=「而一

通过这种测试，准确度大大提高，搞清了问题所在，可用低档设备作出高档产品。其

实这种测试的另一目的在于，找出一个好的负载与一个好的同轴变波导以便进行扫频测试。

B.单线法（单波导法）

此法实际上是入/4法的一种变通或推广，假如手头有的短波导不是入J4,或者想校更

多的频点的话，不妨试试此法。

•按测回损进行连接，在同轴反射电桥上作开路与短路校正。这是因为短波导不是L/4

而且还要扫频测试，只能在同轴反射电桥上作开路与短路校正。

•反射电桥接到同轴变波导，并在波导口接上待测件（同图2.17）,记下「。测试值（或

打印出K反射》数据）。

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