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网络分析仪的故障判断

访问量:1时间:2022-05-20


一、什么是网络分析仪

网络分析是指设计制造人员和制造厂家对较复杂系统中所用元件和电路的电气性能进行测量的过程。当这些系统传送具有信息内容的信号时,我们最关心的是如何以最高效率和最小失真使信号从一处传递到另一处。矢量网络分析是通过测量元件对频率扫描和功率扫描测试信号的幅度与相位的影响,来精确表征元件特性的一种方法。

网络分析仪是一种电磁波能量的测试设备。网络分析仪功能很多,被称为"仪器之王",是射频微波领域的万用表。小到一颗电感,大到一个巨型的雷达,在生产测试过程中都会使用到网络分析仪来对他的电气性能进行测试。

二、写这篇网络分析仪故障判断的目的

正是由于网络分析仪使用的广泛性和不可替代性,它在市场上的量非常大,有些工厂可能就一种单一型号的网络仪就有好几百台。维护保养这些仪表就成了不小的工作量,如果是测试过程中测试产品不合格了,要判断是产品的问题,还是仪器的问题,对于一个新手来说,也是一个巨大的挑战。如果你是一个设备管理(维护)人员,当测试工程师说是仪表的问题要求更换一台或者送修仪器的时候,如果你会检测仪表的故障,这样也会对你的工作有巨大的帮助。同时对于我们设备提供商来讲,也能避免一些无谓的置换,提高仪表的使用效率。基于这个原因,促使我们写了这么一篇最基础的网络分析仪故障判断的文章,帮助一些新手如何判断网络仪的好坏。在这里不讲史密斯圆图,不讲相位,没有公式,有的只有图片和最最直观的曲线。

三、判断网络仪好坏(目测)

网络分析仪开机后,有时候由于客户的应用设置,测试界面会自动进入客户设置好的状态,这时候我们需要 按一下preset按键,让仪表进入出厂默认设置模式。然后在按一下meas 按键,分别看一下S11,S21 ,S12,S22 的曲线,就能简单判断仪表的好坏 。以agilent的E5062A 网络仪为例: 只要这4条曲线和下面4张图片一样,那这台仪表就基本没有问题。


四、判断网络仪好坏(使用一根标准的传输电缆)

Preset 仪器 ,目测S参数曲线没有问题后,使用标准传输电缆,连接仪器的两个端口(如果仪器是多端口的,则需要分别连接) 看仪器S参数的曲线,如果和下面4张图片一致,那基本上98%以上可以认为这台仪器是好的。可以正常使用的。


五、坏网络仪的曲线

故障:端口1 输出功率低

还是这台仪器,我们连接上传输线,再来看看S参数曲线和好的仪器有什么差别。

对比前面好的仪器的曲线,我们就可以判定这台仪器损坏了, 需要送修了。

六、定位网络仪的故障板

判断了网络仪的好坏,如果仪器不在保修期内,而公司有条件也同意工程师拆机检测,而你又恰好有兴趣,那您就可以参考这一节的内容,来定位你的网络仪的故障模块。 这里为了让大家明白图片中几个测试点信号,需要配上一张网络分析仪的原理框图,稍微介绍一下了。

这是网络分析仪最基本的框图,不管你仪器的频率是多少的,不管是什么品牌的,他的基本架构都逃脱不了这个框图。 简单的说射频部分就是三个部分:1、源输出模块,2、信号分离模块,3、接收模块。早期的仪表,像agilent 的8753系列,871X系列,爱德万的R3767系列的内部架构和这框图特别像,每个都是独立的模块。 现在的仪表由于器件的发展,同时要考虑到生产的成本,会把几个部分集成在一块板上。像我们作为典型例子来讲的这个E5062A,他就只有两个电路板,简单的称为源板和接收机板。不过拆开源板和接收机板,你还是能在电路板上找到这些对应模块的电路。

还是以刚刚那台我们通过目测和接上传输线测试确定有故障的这台E5062A 为例。我们已经初步判定是端口1的功率低,那么功率到底低多少呢?输出多少是正常的呢,这时候我们就需要拆开仪器,对几个信号输出点进行测量,这里我们使用的是频谱仪来检测,使用频谱仪的好处是可以全频段的检测,而且可以看到图形,比较直观。

再看端口2的波形

那到底是哪个板子坏了呢,还是两个板子全部坏了,进一步的检测就需要拆开仪表测试内部的信号。

拆开仪表:

E5062A网络仪的结构比较简单,射频部分就两块板,图上标明了源板上三个端口信号的输出路径。

通过频谱仪,我们可以很直观的看到,源板的端口1输出功率不正常。 再来看源板端口2的输出。

通过两个端口信号的比较,我们就可以快速的确定仪器的故障板是源板,当然有的情况下,接收机板也会一起损坏,需要继续检测,在这里我们就不做衍生了。

文章中所写的这些检测方法和设置,都是我们在日常工作中根据个人喜好设置的,没有标准可言,仅作为参考。如果有兴趣的话,你也可以通过观察一台好的仪表,在接上负载的时候各个S参数曲线的样子,总结出一套自己的检测方法。

网络仪作为仪器之王,他的频段范围很广, 从1G ,3G ,6G ……直到67G ,110G都有产品,品牌也很多,安立,R&S,安捷伦 ,爱德万都有自己的拳头产品。 但是万变不离其宗举一反三,你就会发现,原来检测网络仪就需要这么几招。

参考文献: 《矢量网络分析仪的基本原理》、《频谱和网络测量》


作者:张子腾


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