矢量网络分析仪测量阻抗须知

发布时间：2020-12-29                1770

矢量网络分析仪可以测阻抗，Z参数。但是在指标手册中，很少有标注阻抗测量范围的。如何判断网络分析仪的阻抗测量范围呢？

看到一条传输线Z11测试结果，你能知道它的特性阻抗吗？

测一个开路器OPEN的Z11，从几?到几k?的曲线是什么情况？

阻抗测量范围

反射系数 Γ=(z-1)/(z+1)，其中归一化阻抗 z=Z/Z0

阻抗测量范围是在短路和开路之间，对应反射系数Γ在{-1，1}之间。反射系数Γ对应单端口反射散射参数S11。通常，矢量网络分析仪的指标手册中，规定了反射测试准确度，例如R&S ZVA：当反射系数接近1时，反射测量不确定度<0.015。

假设反射不确定度范围±0.02，对应反射系数范围{-(1-0.02)，(1-0.02)}之间。

Z=(1+Γ)/(1-Γ) *Z0

Z_max = (1+0.98)/(1-0.98)*50 = 4950Ω

Z_min = (1-0.98)/(1+0.98)*50 = 0.5Ω

射频阻抗分析

射频阻抗Z=R+jX，其幅度和相位随频率变化而周期性变化。以下实例，分析一段传输线+电阻的Z11阻抗特性。

根据电长度不同，Z11参数频响周期性变化，此周期对应端口输入电长度2倍。

例1：电长度100mm的5kΩ负载Z11分析

①传输线电长度 Le = 100mm；

②传输线阻抗 Zt = 50Ω；

③负载电阻 R = 5kΩ；

答：Z11仿真结果1.5GHz周期变化。

①阻抗相位过零点频率：fc = C0/(2×Le) = 1.5GHz

②最大值 Z11c = R = 5kΩ

③最小值 Z11p  = R × （Zt/R)^2 =  0.5Ω

例2：电长度100mm的50Ω负载Z11分析

答：当R= 5kΩ电阻更换为R=50Ω时，Z11=50Ω。

例3A：电长度100mm的75Ω传输线+50Ω负载Z11分析

答：当R=50Ω，Zt = 75Ω时

①阻抗相位过零点频率：fc = C0/(2×Le) = 1.5GHz

②峰值 Z11p = R × （Zt/R)^2 = 112.5Ω

③最小值 Z11c = R = 50Ω

例3B：假设通过上图结果，求取传输线特性阻抗

答：传输线 Z11t = R × SQRT(Z11p/R) = 75Ω

例4：电长度100mm的75Ω传输线+75Ω负载Z11分析

答：当R=75Ω，Zt = 75Ω时

①阻抗相位过零点频率：fc = C0/(2×Le) = 1.5GHz

②Z11 = R = 75Ω

矢量网络分析仪阻抗测量范围0.5~4950?。

RF阻抗随频率周期性变化：

<1>阻抗相位过零点频率

<2>当阻抗匹配 Zt = R 时，

Z11 = R

<3>n∙fc阻抗相位过零点是纯电阻

<4>n∙fc/2阻抗相位±90°频率对应阻抗

<5>C0 = 3×10^8

<6>传输线末端负载阻抗 ZL

<7传输线阻抗Zt>

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