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网络分析仪的使用以及天线(阻抗)匹配Version:V1.0Report:AlwanCai1.网络分析仪介绍•网分的种类很多,我们现在列举其中比较典型的一款Rohde&SchwarzFSH8-HandheldSpectrumAnalyzer,这款仪器是频谱网分二合一的仪器,比较容易携带,适合工程人员使用。2.网络分析仪的校准以及使用•校准以及测试环境把校准键连接上Cable,如右图仪器的参数设定1.选择FREQ,设置起始频段为1.5GHZ与3.5GHZ.2.选择MARKER,分别增加2402MHz,2441MHz,2480MHz3个典型的测试点仪器的参数设定3.选择MEAS,再选择Calibration,调出仪器校准界面,接下来选择校准键类型,这里选择仪器自带ZV-Z132FEMAIL.4.选择端口PORT1,点击Enter键确定仪器的参数设定5.选择Continue,打开Open对话框,依次对应校准键的Open,Short,Match端口。6.每次校准完每个端口后,选择Continue,直至校准完成。仪器的参数设定仪器的参数设定7.校准完成后,可以选择Save,保存校准信息,下次直接调用即可(前提是没有异常关机,没有挪动或者断开Cable等)8.默认校准完成后的界面是Magnitude,这时候可以按Format,切换成SmithChart界面。仪器的参数设定9.校准完成后,还需要补偿SMA的Offset,补偿之前如右图补偿Offset之后如右图•天线(阻抗)匹配目的3.天线(阻抗)匹配阻抗匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”,而不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。•天线(阻抗)匹配方法3.天线(阻抗)匹配计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据,对设计者要求较高。手工计算:这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。经验:只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。史密斯圆图:形象,简单,直观化,易上手,适合初学者。SmithChart原理史密斯圆图是反射系数(伽马,以符号Γ表示)的极座标图,而反射系数定义为反射波电压与入射波电压之比反射系数的表达式定义为:由于阻抗是复数,反射系数也是复数。•为了减少未知参数的数量,可以固化参数,由于Z0(特性阻抗)通常为常数并且是实数,是常用的归一化标准值,如50Ω、75Ω、100Ω等。于是我们可以定义归一化的负载阻抗:据此,将反射系数的公式重新写为:为了建立圆图,方程重新整理以符合标准几何图形的形式(如圆或射线),如下:SmithChart原理解方程得到两个独立的关系式,如下:再整理,变换等式,得到如下方程:SmithChart原理•从2.14这个方程可以看出,其是在复平面(Γr,Γi)上、圆的参数方程(x-a)2+(y-b)²=R²,它以(r/r+1,0)为圆心,半径为1/1+r.SmithChart原理圆周上的点表示具有相同实部的阻抗。例如,r=1的圆,以(0.5,0)为圆心,半径为0.5。它包含了代表反射零点的原点(0,0)(负载与特性阻抗相匹配)。以(0,0)为圆心、半径为1的圆代表负载短路。负载开路时,圆退化为一个点(以1,0为圆心,半径为零)。与此对应的是最大的反射系数1,即所有的入射波都被反射回来。所有的圆心都在X轴上面.•说明几点:•所有的圆周只有一个相同的,唯一的交点(1,0)。•代表0Ω、也就是没有电阻(r=0)的圆是最大的圆(短路)。•无限大的电阻(开路)对应的圆退化为一个点(1,0)•实际中没有负的电阻,如果出现负阻值,有可能产生振荡。•选择一个对应于新电阻值的圆周就等于选择了一个新的电阻。SmithChart原理•另外,经过等式2.15至2.18的变换,2.7式可以推导出另一个参数方程,方程2.19。SmithChart原理•同样,2.19也是在复平面(Γr,Γi)上的圆的参数方程(x-a)²+(y-b)²=R²,它的圆心为(1,1/x),半径1/x。SmithChart原理圆周上的点表示具有相同虚部x的阻抗。例如,x=1的圆以(1,1)为圆心,半径为1。所有的圆(x为常数)都包括点(1,0)。与实部圆周不同的是,x既可以是正数也可以是负数。这说明复平面下半部是其上半部的镜像。所有圆的圆心都在一条经过横轴上1点的垂直线上。SmithChart说明1.红线以上(上半圆)表示阻抗偏感性,红线以下(下半圆)表示阻抗偏容性。2.红色圆圈表示串联,绿色圆圈表示并联。4.具体Case举例实验前准备:SMA接法如右图所示•1.把PCB天线端Π型网络上焊接一个0Ω的电阻。•2.再把待测设备(整机带壳)用SMA连接起来,然后接到网分的Cable上面,观察此时网分上典型2402MHz,2441MHz,2480MHz3个频点的阻抗大小。4.具体Case举例•3.在SmithChart上面输入上面网分上读取的阻抗值,如左图4.具体Case举例4.具体Case举例4.先串联一个4.8nH的电感,观察阻抗匹配到图上4点位置,然后再并联一个3.2pF的电容下地后,到达50Ω阻抗位置(5点)。说明:1.如果Smith计算出的电感或者电容值在实际中不存在,就选择离它最近的电感,比如没有4.8nH的电感,就选择离它最近的4.7nH的。2.如果理论跟实际有差距时,可以在理论计算出来的值的附近,尝试其他的值即可匹配出来,一般不会差太多(远),多试几次就可以得出结果4.具体Case举例5.当然也可以采用同极性的元器件来匹配(一般不建议这样做,大多数时候会出现没有实际电感(容)值的情况),如右图。5.总结说明阻抗匹配需要理论和实际相结合,才能调的顺畅,才能得心应手,只有在熟悉理论的基础上,再结合实际经验,才能达到为我所用的地步。最后祝大家都能学有所获,马到功成,谢谢!
本文标题:网络分析仪的使用以及天线匹配
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