求助：如何使用网络分析仪测量传输线的阻抗特性

Ross_Geller · 发表于 2020-10-29 18:46:59

问题相关帖：关于射频设计时PCB布线阻抗控制的疑惑 https://www.amobbs.com/thread-5741034-1-1.html
目的：验证PCB阻抗计算与实际打样的参数差异。
工具：NanoVna V2Plus4开源小网分。
材料：JLC打样PCB。
使用SI9000计算得出了微带线和共面波导的50欧姆线宽，端子采用IPEX，由于IPEX座子没买，就把线焊上了。首先不考虑这种廉价业余网分的精度问题，如何测试PCB上传输线的阻抗特性呢？

castiello · 发表于 2020-10-29 20:27:46

第一步，也是最重要一步，先校准网分！！！！带着线一起校准

Ross_Geller · 发表于 2020-10-29 20:40:47

castiello 发表于 2020-10-29 20:27
第一步，也是最重要一步，先校准网分！！！！带着线一起校准

线用的IPEX双头线，切成两段，为了将线的影响考虑进去，我在线切断的一端焊了两颗（并联）0402的100欧电阻，分别在开路、短路、50欧负载电阻的情况下进行了“校准”，直通校准用的完整没切断的双头IPEX线（这里估计不严谨）。然后把线焊在PCB传输线的两端，在2~3G频段看了S11和S21，感觉没找到重点，不知道如何判断PCB上的线是不是接近50欧特征阻抗。

Ross_Geller · 发表于 2020-10-29 22:45:54

本帖最后由 Ross_Geller 于 2020-10-29 22:53 编辑

网上查了一下，说是测试传输线阻抗要有TDR功能，这个测不了。尝试在两条阻抗显著不同的微带线末端焊接50欧电阻，测试2G~3G范围的S11参数。

图中RF9-RF10微带线是随便画的，线宽10mil，计算出来的阻抗约84欧姆，RF7-RF8是按50欧姆阻抗计算出来的的32mil线宽。前两张测试图是计算值84欧姆的S11与SWR参数。后两张测试图是计算值50欧姆的S11与SWR参数。

castiello · 发表于 2020-10-30 02:47:39

本帖最后由 castiello 于 2020-10-30 02:49 编辑

看史密斯图，你扫描频率范围再扩大一些，这样曲线就是一个圆圈，圆圈与X轴会有两个焦点，测量两个交点的阻抗，因为在X轴上都是实数所以好计算

两个交点乘积开平方就是你被测阻抗线的特征阻抗了

具体原理自己翻书看吧

guoj · 发表于 2020-10-30 08:37:25

首先想要知道你的这个测试界面上，显示的都是啥, 能给科普下？

clesun · 发表于 2020-10-30 09:41:23

你去网上搜下用网分测天线阻抗。第一步先校准（原装的线挺长的，不知道为啥不能搞短一点，动一动图形就有点变化），那三个头open/short/50R, 第二步，就是看阻抗，然后在smith原图上根据共轭来匹配。

Ross_Geller · 发表于 2020-10-30 09:43:55

castiello 发表于 2020-10-30 02:47
看史密斯图，你扫描频率范围再扩大一些，这样曲线就是一个圆圈，圆圈与X轴会有两个焦点，测量两个交点的阻 ...

测试的时候，1端口接传输线的一端，另一端开路还是接50欧负载呢？翻书的话关键词是什么。

Ross_Geller · 发表于 2020-10-30 09:44:46

guoj 发表于 2020-10-30 08:37
首先想要知道你的这个测试界面上，显示的都是啥, 能给科普下？

搜一下史密斯圆图，好多讲的。

castiello · 发表于 2020-10-30 11:01:32

Ross_Geller 发表于 2020-10-30 09:43
测试的时候，1端口接传输线的一端，另一端开路还是接50欧负载呢？翻书的话关键词是什么。 ...

50负载测量

如果阻抗线是84欧，那么史密斯图另外一个交点大概在140欧那里

Ross_Geller · 发表于 2020-10-30 12:50:02

本帖最后由 Ross_Geller 于 2020-10-30 13:14 编辑

castiello 发表于 2020-10-30 11:01
50负载测量

如果阻抗线是84欧，那么史密斯图另外一个交点大概在140欧那里 ...

更改扫描范围（1-3G）、重新校准（用于校准的50欧电阻万用表实测有约0.2欧误差），先测试理论计算值为84欧姆的线，由于设置步进值的关系，找到两个最接近实轴的读数，计算出的阻抗约为83.3欧姆。：

编辑原因：重新排版。

Ross_Geller · 发表于 2020-10-30 12:56:00

换到理论值为50欧姆微带线上，随频率变化范围很小了，没有落在实轴上的部分了。

Ross_Geller · 发表于 2020-10-30 13:36:03

对计算值50欧姆的线，换了一种方法，分别记录短路时圆图最左侧阻抗、开路时圆图最右侧阻抗，相乘后开方，计算出阻抗约为53欧姆：

castiello · 发表于 2020-10-30 13:37:27

后面的50欧传输线已经非常好了

误差来源主要是校准件，理论上普通电阻在高频时会有一部分电容影响，精确测量还得用HP或者RS的专业网分+校准件

castiello · 发表于 2020-10-30 13:48:24

短路开路，误差太大了，计算没啥意义

Ross_Geller · 发表于 2020-10-30 13:51:25

castiello 发表于 2020-10-30 13:37
后面的50欧传输线已经非常好了

误差来源主要是校准件，理论上普通电阻在高频时会有一部分电容影响，精确测 ...

是啊，对于专业人士，无论是我这焊接测试方法、还是几百块钱的业余开源网分，都是不入流的。专业测试设备过于昂贵了，能做到这样也算是大体有个概念了。

Ross_Geller · 发表于 2020-10-30 16:00:30

顺便测试了一下，共面波导如果做隔层参考，第二层完全挖空与局部挖空，测试差异并不明显（测试时两个负载电阻阻值的差异对测试结果的影响可能更大）。

guoj · 发表于 2020-10-30 16:40:24

Ross_Geller 发表于 2020-10-30 13:36
对计算值50欧姆的线，换了一种方法，分别记录短路时圆图最左侧阻抗、开路时圆图最右侧阻抗，相乘后开方，计 ...

对计算值50欧姆的线，换了一种方法，分别  “记录短路时” 圆图最左侧阻抗、“开路时”    圆图最右侧阻抗，相乘后开方，计算出阻抗约为53欧姆：

记录啥东东短路时和开路时？是传输线的另外一端短路和开路吗？

不是应该按照你传输线匹配的目标接吗？

比如：  传输线设计成50，  则后端接50的终端阻抗；  如果传输线设计为75，  则后端接75的终端阻抗？

castiello · 发表于 2020-10-30 16:55:35

本帖最后由 castiello 于 2020-10-30 16:59 编辑

guoj 发表于 2020-10-30 16:40
对计算值50欧姆的线，换了一种方法，分别 “记录短路时” 圆图最左侧阻抗、“开路时” 圆图最右侧 ...

接多大的负载都可以
因为史密斯图上所有参数都有，只不过哪种方便一些

传输线就像一个阻抗变换器，所以可以通过间接方式测量出来

guoj · 发表于 2020-10-30 17:02:04

castiello 发表于 2020-10-30 16:55
接多大的负载都可以
因为史密斯图上所有参数都有，只不过哪种方便一些

那个样子，不符合测试要求呢。

传输线如果50, 后面接非50的阻抗，就会有 S21的反射发生，反射后，影响了 V-的值，根据原理，影响了驻波比

castiello · 发表于 2020-10-30 17:10:24

guoj 发表于 2020-10-30 17:02
那个样子，不符合测试要求呢。

传输线如果50, 后面接非50的阻抗，就会有 S21的反射发生，反射后，影 ...

LZ只是想测量传输线特征阻抗，又不是做匹配

只要被测传输线两端阻抗已知就可以求解了

即使影响SWR也和测量阻抗没关系

guoj · 发表于 2020-10-30 17:20:27

castiello 发表于 2020-10-30 17:10
LZ只是想测量传输线特征阻抗，又不是做匹配

只要被测传输线两端阻抗已知就可以求解了

影响了SWR，对特征阻抗也有影响啊，想想特征阻抗的公式 Z0= V/I

guoj · 发表于 2020-10-30 17:24:22

假如入射端匹配的很好（其实阻抗也不匹配），单纯第二端口不匹配造成的度V-的影响，已经影响了 VNA对结果的测量了

SUPER_CRJ · 发表于 2020-11-10 10:29:37

MARK，学习下。谢谢楼主分享

bobde163 · 发表于 2021-2-24 16:23:39

对楼主实践探索的精神表示敬佩。我看你的帖子之后也想自己测试一下的，手头也有nanoVNA V2，想验证一下双面板下的阻抗控制，从网上找到的资料，很多都需要支持TDR功能的网分，实在是条件有限。常见双面板的50欧阻抗控制对应的走线宽度约为33mil，通读了全部回复的内容，有所收获，不知道楼主后续继续研究的是否还有进展，比如你的开路、短路测试的方式有没有理论可以参考。

Ross_Geller · 发表于 2021-6-16 11:43:06

bobde163 发表于 2021-2-24 16:23
对楼主实践探索的精神表示敬佩。我看你的帖子之后也想自己测试一下的，手头也有nanoVNA V2，想验证一下双面 ...

开路、短路计算方法是请教群友的，应该是来源于课本里的方法，没去深究。

bobde163 · 发表于 2021-6-16 13:55:33

Ross_Geller 发表于 2021-6-16 11:43
开路、短路计算方法是请教群友的，应该是来源于课本里的方法，没去深究。 ...

谢谢回复，那有其他群友分享的方法吗，想学习学习

Ross_Geller · 发表于 2021-6-16 14:37:50

bobde163 发表于 2021-6-16 13:55
谢谢回复，那有其他群友分享的方法吗，想学习学习

当时也只是在一个群里问了一下，时间好久了，也没更多的资料了。

wy2000 · 发表于 2021-6-16 16:45:14

Ross_Geller 发表于 2021-6-16 14:37
当时也只是在一个群里问了一下，时间好久了，也没更多的资料了。

nanoVNA 接了延长线以后就发现测不准。你有没有好的方法。我用电脑软件的延长端口，每次测量都不一样。非常困惑。测试范围 2.4---2.5G 是SAA-2N

Ross_Geller · 发表于 2021-6-16 20:20:45

wy2000 发表于 2021-6-16 16:45
nanoVNA 接了延长线以后就发现测不准。你有没有好的方法。我用电脑软件的延长端口，每次测量都不一样 ...

软件的延长端口是怎么操作的呢，好像没用过这个功能。

wy2000 · 发表于 2021-6-16 21:55:10

Ross_Geller 发表于 2021-6-16 20:20
软件的延长端口是怎么操作的呢，好像没用过这个功能。

选了菜单这个功能就可以了

bobde163 · 发表于 2021-6-28 10:24:26

wy2000 发表于 2021-6-16 21:55
选了菜单这个功能就可以了

直接带延长线校准之后再测试呢，使用软件计算的延长线不知道准确性如何

求助：如何使用网络分析仪测量传输线的阻抗特性

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