網絡分析儀測天線S參數應用實例

1 概述

在微波探測系統中，通常天線都是系統自動控制環路的閉環點。天線作為一個收/發控制系統的重要組成部分，其性能的優劣，將直接影響到全系統的檢測能力和探測精度。在實際使用中，對天線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，例如天線的匹配特性、天線阻抗、微波裝置的反射特性和傳輸特性參數等都要進行嚴格的檢測。而要準確的對天線及其組成部分微波裝置的參數進行測試，采用網絡分析儀無疑是最佳的途徑。由于篇幅有限，本文只探討網絡分析儀在天線S參數測試方面的應用情況。

2. 天線S參數測試系統的設計

網絡分析儀是用來刻劃有源和無源器件各種特性的，這些器件可以是單端口的，也可以是雙端口或多端口的。網絡分析儀可以測量每個端口的輸入特性及一個端口到另一個端口的傳輸特性。

網絡分析儀，不管是標量網絡分析儀還是矢量網絡分析儀，測量電網絡參數時都依賴二極管檢波技術（寬帶）或超外差接收技術（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的高接收靈敏度和寬動態范圍，同時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。

本文應用矢量網絡分析儀和標量網絡分析儀兩種設備，分別設計了兩種天線S參數的測試系統。

2.1 矢量網絡分析儀測試系統的設計

矢量網絡分析儀是功能最強大的一種網絡分析儀，可以測量的頻率范圍為：5Hz－110GHz。矢量網絡分析儀可以測量電網絡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（ SWR）、 插入損耗、衰減、 群延遲、 回波損耗、 反射系數和增益壓縮。矢量網絡分析儀一般由合成掃頻信號源、兩個測試端口（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。矢量網絡分析儀是一種高集成度的測量儀器，所需的外部配置較少，主要是各種校準器，包括開路器、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。

安立公司生產的37300系列微波一體化矢量網絡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，具有兩個測試端口、四個接收通道。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 矢量網絡分析儀的組成

該測試系統由一臺37347D矢量網絡分析儀及其相關的校準組件構成。主要包括：

a) 矢量網絡分析儀 37347D

b) 校準箱 3650

開路器

短路器

3.5mm同軸校準件

2cm波導校準件

c) 時域功能 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

過渡波導

波導同軸轉換器

專用波導負載Ⅰ

專用波導負載Ⅱ

專用波導同軸轉換Ⅰ

專用波導同軸轉換Ⅱ

h) 產品支架

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。為滿足天線的開場測試要求，必須配置吸波材料板和支架。

圖1 矢網系統的原理框圖

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