如何判断网络分析仪的阻抗测量范围呢?

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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

阻抗测量范围

阻抗

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。

阻抗

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

阻抗

阻抗

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。

阻抗

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

阻抗

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

阻抗

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

阻抗

当阻抗匹配 Zt = R 时,

Z11 = R

n∙fc阻抗相位过零点是纯电阻

阻抗

n∙fc/2阻抗相位±90°频率对应阻抗

阻抗

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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