电子说
问题
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Ω到几kΩ的曲线是什么鬼?
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
传输线电长度 Le = 100mm;
传输线阻抗 Zt = 50Ω;
负载电阻 R = 5kΩ;
答:Z11仿真结果1.5GHz周期变化。
阻抗相位过零点频率:fc = C0/(2×Le) = 1.5GHz
最大值 Z11c = R = 5kΩ
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
阻抗相位过零点频率:fc = C0/(2×Le) = 1.5GHz
峰值 Z11p = R × (Zt/R)^2 = 112.5Ω
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
阻抗相位过零点频率:fc = C0/(2×Le) = 1.5GHz
Z11 = R = 75Ω
结论
矢量网络分析仪阻抗测量范围0.5~4950Ω。
RF阻抗随频率周期性变化:
阻抗相位过零点频率
当阻抗匹配 Zt = R 时,
Z11 = R
n∙fc阻抗相位过零点是纯电阻
n∙fc/2阻抗相位±90°频率对应阻抗
C0 = 3×10^8
传输线末端负载阻抗 ZL
传输线阻抗Zt
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