现代电子测量-网络分析仪

微波网络的表征方法
各S参数的定义与物理意义
微波网络的表征方法
实际工作中常用到的反射参数和传输参数均可由S参数导出。 反射参数： 驻波比：
SWR
1 S11 1 S11
或
SWR
1 S22 1 S22
微波网络的表征方法
反射参数： 反射系数： 输入端 输出端 阻抗： 输入端 输出端 回波损耗 输入端 输出端 Γ=S11 Γ=S22 Z=R+jX=Z0(1+S11)/(1-S11) Z=R+jX=Z0(1+S22)/(1-S22) RL=20lg(1/|S11|) RL=20lg(1/|S22|)
S参数与反射传输
定向耦合器 锁相接收方式 合成扫频信号源
测量信号类型
测量功能 测量精度 组成系统
标量幅度测量
少 低 简单
矢量幅度、相位，群延时测量
多 高 复杂
成本
应用环境
低
大批量生产测量或实验室科学研究
高
实验室科学研究，射频段率先进入大批 量生产测量
网络分析仪的组成
原理框图
网络分析仪应用实例
微波网络的表征方法
传输参数 ： 增益 衰减 传输系数 传输相移 时延 G=20lg|S21| L=20lg(1/|S21|) 正向 T=S21 反向 T= S12 正向 φ=arctanS21 反向φ=arctanS12 tan=-dφ/dω
S参数的测量原理
反射参数测量系统 S参数中的S11和S22用来描述网络端口的反射特性，对 S11和S22的测量要使用反射参数测试系统。
S参数的测量原理
传输参数测量系统 表征网络传输特性的参量是 S21 和S12 ，对它们的测量 要使用传输参数测量系统。
S参数的测量原理
幅相接收机 幅相接收机的作用就是测出参考信号R和测试信号T这 两路信号的幅度之比和两路信号的相位之差。
S参数的测量原理
幅相接收机 相位测量
S参数的测量原理
调制域分析仪的功能
显示信号频率、相位或其它与时间有关的参量 （脉冲重复周期等等）的动态特性； 可以方便地完成诸如频偏、调频线性度、调频抖 动、相位和频率监控、锁相捕获和跟踪、压控振 荡器（ VCO ）调后漂移、时钟抖动、脉冲时间参 数的变化等复杂而困难的测量任务。
调制域分析仪的工作原理
调制域测量技术的根本要求是在一段规定 的时间内动态地不间断地测量信号的频率 ； 解决这一问题最通用的办法是“无空闲时 间计数器”，即 ZDT （ Zero Dead Time Counter）技术。
群时延：相位失真的一个有用量度是群延时，这个参数是 信号通过被测器件的传输时间随频率变化的量度。
微波网络的表征方法
对于低频电路采用集总参数的分析方法，利用阻抗 参数Z或导纳参数Y来表示； 在微波频段，因为采用了波的概念，所以微波网络 常用S参数表示。
微波网络的表征方法
任何双口网络都可以用4个S参数来表示其端口特性，S参数 的四个下标中，第一个表示波出现的端口，第二个表示波 进入的端口。
锁相环的特性测量
现代电子测量
网络分析
基本概念
网络分析是通过测量网络输入端和输出端对频率 扫描和功率扫描测试信号的幅度与相位的影响、 来精确表征线性系统特性的一种方法 ; 网络分析仪就是完成以一种特定的激励信号作用 于被测网络并接收和处理网络的响应信号，计算 或量化特定的网络模型及参数的一种仪器。
ZDT技术的原理框图
ZDT技术的关键
要保证计数器连续工作不受取样读数的影响； 精确的事件和时间数据结合在一起就可以描述被 测信号的频率、相位及其它特性参数的计时特征。
调制域分析仪的构成
调制域分析仪的测频过程
调制域分析仪的测相过程
调制域分析仪应用实例
精确的雷达信号特性测量
调制域分析仪应用实例
对网络分析的测量需求
非线性网络，如饱和、串扰、互调及其它非线性影响都能 导致信号失真。
矢量测量的必要性
为了全面表征线性网络，确保无失真传输，需要进 行幅度和相位的测量； 为了设计高效率的匹配网络，必须测量复阻抗； 开发计算机辅助工程（ CAE ）电路仿真程序模型也 需要幅度和相位数据进行精确模拟。
对滤波器进行测量
网络分析仪应Leabharlann 实例 误差修正对于滤波器通带的精确测量常常是重要的。
网络分析仪应用实例
放大器的功率扫描测量 除扫频测量能用来对滤波器作出评估之外，许多网络分 析仪还能完成适于表征器件的非线性特性的功率扫描测量。
网络分析仪应用实例
放大器的功率扫描测量
1dB增益压缩点：引起放放器增益相对于放大器的小信号增益或线 性增益有ldB降低时的输入功率；
网络分析仪应用实例
对AM到PM变换的评估
对网络分析的测量需求
任何网络在传输信号时，都应以最高效率和最小失真使信 号从一处传递到另一处，由此对网络分析提出了需求。
对网络分析的测量需求
由于线性网络可能改变信号各个频谱分量的幅度或相位关 系，所以有可能改变所通过信号的时间波形。
对网络分析的测量需求
如果某一滤波器中通过方波输入信号时造成其第3次谐波的 相位倒置，则输出波形将更具脉冲特性。
现代电子测量
调制域测量
调制域测量的概念
时间和幅度关系的测量为时域测量，测量这种 关系特征的仪器就是示波器； 信号幅度与频率的关系就是信号的频谱，完成 这种测量的仪器称为频谱分析仪； 分析一个信号频率或相位与时间之间的关系为 调制域分析，完成调制域分析与测量的仪器就 是调制域分析仪。
调制域测量的概念
定向耦合器 定向耦合器由“直通”路径和“耦合”路径组成， “耦合”路径能转移少量沿“直通”路径行进的功率。
耦合因数(dB)=10log（正向耦合功率／入射功率）
S参数的测量原理
定向耦合器
理想情况下沿反方向经过耦合器的信号不应出现在耦合端口上。但由 于耦合端口之间的有效隔离度，在耦合端口上总会出现某些能量 。
隔离度(dB)=-10lg（反向耦合功率／入射功率）
S参数的测量原理
定向电桥 定向电桥也能用来测量反射信号； 在定向电桥中，若所有四个臂的电阻均相等，则电桥的电 压为零； 当测试端口接入测试系统的特性阻抗时便会实现平衡。 若测试端口的阻抗不等于测试系统的特性阻抗，则电桥两 端的电压正比于被测器件所呈现的失配。
网络分析仪的组成
网络分析仪的种类 标量网络分析仪：只能测量网络的幅频特性的网络分析仪； 矢量网络分析仪：可同时测量被测网络的幅度信息和相位信 息。
网络分析仪的组成
标量网络分析仪与矢量网络分析仪的比较
标量网络分析仪 矢量网络分析仪
测试装置
信号分离器件 检测方式 激励信号源
反射传输
标量电桥、定向耦合器 二极管检波方式 扫频信号源
放大器的 ldB增益压缩点可由显示功率扫描的归一化增益加以测量。
网络分析仪应用实例
对AM到PM变换的评估 AM-PM变换通常定义为放大器的输入功率增加 1dB时输出 相位的变化，并表示为（º /dB），理想放大器在其相位响 应与输入信号电平之间没有相互作用。 AM-PM变换可以用矢量网络分析仪的功率扫描来测量 。
入射功率和反射功率的基本概念
网络分析仪能精确测量入射能量、反射能量和传输能量。
史密斯圆图
对一个器件所发生的反射大小取决于入射信号“看到的” 阻抗。任何阻抗均能用实部和虚部（R+jX或G＋jB）表示。
功率传送条件
为了将最大功率传送到负载，在两个器件的连接处必须满 足理想的匹配条件。
功率传送条件
若传输线的终端负载等于其特性阻抗时，便没有反射信号， 传输的功率最大。
功率传送条件
当传输线终端开路或短路时，在传输线上都会建立驻波， 电压谷值将为0，而电压峰值将为入射电压电平的二倍。
网络的基本参数分析
反射系数：反射系数是反射信号电压电平与入射信号电压 电平之比，用复反射系数Γ表示，Γ的幅值称为ρ。
网络的基本参数分析
回波损耗（RL）：用对数（dB）表示反射系数的一 种方法。回波损耗是反射信号低于入射信号的dB数。 电压驻波比（VSWR）：VSWR定义为射频包络的最大 值与最小值之比。是另一个用来表示反射的方法。
网络的基本参数分析
传输系数：传输系数定义为被传输的电压除以入射 电压。
网络的基本参数分析