网络分析仪时域测量使用介绍

图5
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图6
4
计算机与网络分析仪结合，更进一步达到类似TDR 的测试能力。 4.1其实现阶段，在一般的应用场合，无论是测量距离以及位置进度来讲，网络分析仪 已经能够替代实现大部分的TDR 的功能，但是对于那些早期的网络分析仪并没有时 域测量功能, 我们如何用早期的网络分析仪来实现时域测量呢。 4.2我们通过计算机对网络分析仪进行数据采集转换来实现时域功能。如图7。
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图3
图4
3.3
脉冲回波损耗（pulse return loss ）测量。 3.3.1 脉冲回波损耗 p 的定义为：
p 20 lg x win
式中：
（11 ）
x ——见公式（3）；
win ——常数，由仪器设置决定；
3.3.2 测试步骤： 3.3.2.1 将网络分析在进行校准（S11或S22）； 3.3.2.2 接上负载进行回波测试，见图5； 3.3.2.3 切换到时域状态， 在被测件的测试范围内就为被测件的脉冲回波损耗， 见图6；
n——频域测量时的测试点数； 2.2.3.3 时域分辨率 xmin
xmin tmin C0 Vc
3 网络分析仪时域测量的具体应用
（10）
3.1利用时域功能来消除不需要测量部分的影响 在线缆测试过程中， 特别是电缆组件测试过程中， 经常会遇到需要剔除端部连接器 影响的测试情况，这时就需要用到时域门。 3.1.1 第一步，校准仪器获取电缆的原始测试数据，见图2① 3.1.2 第二步，利用网络分析仪的时域功能进行反傅里叶变换获得时域数据，图2 ②； 3.1.3 第三步，选定时域范围，将不需要测试的部分去除，图2③； 3.1.4 第四步，对选定的时域范围进行傅里叶变换得到频域数据，见图2④。 注：后3步也可以通过计算机程控在PC上完成。
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网络分析仪时域测量的介绍及应用
李谦若
在测量传输线时， 例如传输线的故障分析， 矢量网络分析仪的时域测试功能是非常有用 的。时域测试结果的显示形式更为直观，直接就可以看到被测器件的特性和位置关系；在测 量传输线系统的宽带响应特性方面， 与其它测试技术相比， 时域测试技术通过把被测器件特 性的不连续性显示为时间或距离的函数而能给出更富有含义的信息。 而以前这些功能往往只 能通过TDR来进行实现。 1 电缆时域测量与频域测量的概念 1.1 时域： 一词在不同的应用环境中可能有不同的概念， 我们线缆测试时主要指在时间 范畴内进行的分析或时域测试结果的显示，这种分析和测试结果显示在二维图形 （X－Y曲线）上，X轴要么表示的是距离（电长度）或要么表示的是时间；Y轴表 示的则是幅度信息（通常为阻抗或反射系数） 。 网络分析仪的频域测量主要指的是： 指用矢量网络分析仪进行比值测量的方法， 这 种方法是用一个反射信号接收机或传输信号接收机对扫频连续波（CW）激励源进 行跟踪，测试结果通常显示为S 参数（反射信号或传输信号与激励信号之比） 。这 种分析和测试结果显示在二维图形（X－Y曲线）上，X轴表示的是频率；Y轴表示 的则主要是幅度和相位信息。 2 网络分析仪时域测量的原理 2.1 在正常工作时， 分析仪测量的是测试器件的射频性能特性随频率的变化。 当分析仪 具有时域功能时，它便能通过反傅立叶变换（IDFT ）将频域数据变换成时域数据。 测量结果以时间作为水平显示轴表示，而非频率表示（见图1） 。随着网络分析仪 功能的日趋强大，现代网络分析仪在极限情况下已经可以测试5km长的电缆，位置 精度也可以达到mm级，在很多场合下已经替代了TDR 进行，如脉冲回波损耗、时 域阻抗测量。
图2 3.2故障定位。
故障定位是矢量网络分析仪在时域模式应用下的一个非常好的实例。如果观察一条电 缆的频率响应时，你会发现在显示的结果中经常会存在由于电缆内的阻抗失配而产 生 的驻波，但是却不可能指出电缆内大的反射发生在何处，或者可以说你并不知道是那 个环节出了问题，是电缆、连接器或者装配原因等等，因为你 所看到的是在每个频率 点上电缆内所有反射的叠加，这是整条传输线上所有部分的复合响应。然而，当在时 域中观察时，不仅可以清楚地看到那些由于连接器引起的大的反射响应，而且还能看 到电缆内由于弯曲或失配引起的任何电感性或电容性的阻抗的不连续处。任何偏离特 性阻抗的正反射或负反射均明显可见，这些产生阻抗不连续性的位置和大小也很容易 确定，时域分析的直观性即在于此。 图3 （横轴为频率，纵轴为回波）和图4 （横轴为时间，纵轴为电压驻波比VSWR ）分别 为一根电缆组件的频域以及对应的时域测试图，从图上可以清晰的看到，驻波较差的 故障点，主要发生在连接器或连接器与电缆的装配位置。
（2）
ZL ——为被测电缆样品上任意频率点的阻抗； ZO ——为测量系统（或称电缆样品环境）的阻抗。如 50 或 75Ω ； 2.2.2 获取了反射系数后， 对其进行 IDFT 变换,进而得到各个物理位置上的反射系 数
x i e 2l
式中： l——为被测样的反射距离; γ ——为被测样的传播常数; γ =α +jβ 式中： α ——为被测样的反射距离; β ——为被测样的相位常数; 然后获得各个位置的阻抗,如下式:
6 总结 网络分析仪时域测量作为一种低成本，高精度的时域测量方式，固然有其缺陷，但是随着 检测技术的不断提高，仪器的不断改进，完全已经能够替代普通的TDR 测试。
1.2
图1 2.2 测量过程及相关公式推导。 2.2.1 时域转换前，网络分析仪一般先获取被测样品的反射系数。反射系数一般可 以由网络分析仪的 S 参数（S11 、S22 ）直接获得。 反射系数定义为被测电缆上任意处反射波电压 Vreflected （或电流）与入射波
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图8
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图9 5 网络分析仪时域转换的缺点 5.1由于矢量网络分析仪是有特定频率范围而非无限大范围的， 故数据在数据样本的末 端被截断， 这种截断效应最终一定程度上会影响测试结果， 虽然可以使用加窗的办 法可以修正，但必然对测试不确定度带来影响。 5.2由于不同公司时域转换公式的不同， 不同操作人员时域设置的不同， 也会严重的影 响测量结果的，造成了很多时候，测试结果不一致的情况。
IEEE488总线
被测件
图7 4.3具体流程图如下：先由网络分析仪获取数据，由控制中心传输至pc ，由pc经过反傅 里叶变换获得电缆的时域数据。
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获取网络分析仪数 据
储存数据
否
是否已经完成
是
IDFT
绘图输出
储存时域数据
4.4某短段电缆在开路状态测得的数据见图8（其中横轴为频率，纵轴为dB ） ，经过时 域装换后的数据如图9（横轴为ns，纵轴为阻抗）
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电压 Vincident （或电流）之比为，用 Γ 表示(时域中用 ρ 表示)，即：

Vreflected Vincident
（1）
被测电缆上任意处的反射电压与入射电压之比即反射系数 Γ 与阻抗的关系 式为：

式中：
Vreflected Vincident

Z L Z0 Z L Z0
（3）
（4）
Z x Z0
1 1
（5）
2.2.3 时域转换后各种参数的获得公式: 2.2.3.1 反射距离 drx
d rx k tmin C0 Vc
式中： k——测试点的序列值; C0 ——光速； Vc ——速比；
（6）
tmin ——最小时间间隔;
tmin
式中：
2 f stop f start
（7）
f stop ——测试终止频率;
f start ——测试起始频率；
2.2.3.2 最大测试长度 lmax
lmax tmax C0 Vc
（8）
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式中：
t max
式中：
t min n 2
（9）