Agilent 网络分析仪基本原理

功分器
作用：提供参考信号R
(入射信号泄漏)
(被测件反射方向)
定向耦合器:
作用：提取反射信号
(定向耦合器输入端)
影响：对反射指标的测量误差
定向耦合器
被测件端口
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Network Analyzer Fundamentals > How it measures
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4. 显示处理单元
n测试数据的处理
嵌入/去嵌入处理 阻抗转换 时域转换 …….
Marker，limit lines n文件处理
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3.接收机
作用：信号检测与接收 影响：测试精度，动态范围和测试速度
n标量网络分析仪 幅度信息
二极管检波器
只测幅度信息，宽频入，灵敏度不及VNA, 可进 行非同一频率的测量
n矢量网络分析仪 幅度+相位信息 调谐接收机
表达幅度与相位信息，灵敏度高
ADC / DSP
幅度+相位信息
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矢量校准-更高精度
n单端口SOL -反射参数测试
n双端口SOLT（去除全部系统误差） -传输反射都测
多端口－3N+3N*(N-1) error terms
机械校准件
电子校准件(Ecal)
Shorts, Open Loads, Thru
高频信号 l 信号波长 ≈ or << 线长 l 特性阻抗(characteristic impedance ) Z0反映传输线特性 l 信号包络电压与传输线位置有关
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传输线，匹配，Smith Chart, Group Delay (GD), S-Parameter
培训专用教材
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Frequency
相位/频率特性要求
传输线，匹配，Smith Chart, Group Delay (GD) , S-Parameter
φ Phase
Frequency ω ∆ω
∆φ aperture
Group Delay (tg) =
−d φ dω
=
−1 d φ 360 o * d f
φ in radians ω in radians/sec φ in degrees
f in Hertz (ω = 2 π f)
tg
群时延抖动
to 平均时延
Frequency
网络分析仪通过测试相/频特性得 到器件延迟性能
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反射特性的参数定义:
反射系数
(电压比值)
Γ=
V反射 V输入
=ρ
Φ = ZL − ZO
ZL + ZO
Z0 : 传输线特性阻抗 Z1 : 传输线终端负载
反射损耗 = -20 log(ρ), ρ =
(功率比值) 传输信号包络
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工作频率; 信号功率
传输线，匹配，Smith Chart, Group Delay (GD), S-Parameter
传输线基本概念
+
I
-
低频信号
l 信号波长 >> 线长 l 电压/电流测试值大小与测试位置无关
R
增益
S参数 S21,S12
传输系数 Τ,τ
群延时 Delay 相位 Phase
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主要组成部分： n 激励源
两端口VNA 基本框图
合成源
X
输出衰减器
输出衰减器
n 信号分离装置: 功分器、 定向耦合器
R1接收机
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传输特性
V 输入
DUT
V 传输
传输系数 =
Τ=
τ∠φ VTransmitted = VIncident
插入损耗 (dB) = - 20 Log
V Trans V Inc
= - 20 log τ
反射系数 Γ, ρ
回波损耗
阻抗 R+jX, G+jB
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Transmitted
传输特性
Transmitted Incident
增益
S参数 S21,S12
Τ,τ 传输系数
群延时 Delay 相位 Phase
输入
DUT
to
Time
A phase shift =
to * 360°* f
f 1
Frequency
输出
Fra Baidu bibliotek线性特性:
l 输入信号与输出信号同频率
l 输出信号幅度和相位会发生变化
f1
Frequency
f1
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-
RF/MW信号 (信号波长 <<= 线长) l 特性阻抗Z0 反映传输线特性:
系统中 Zo 为常数，通用50 or 75 Ω
Zs = Zo
V 输入信号
Zo=50 Ω
ZL = 25 Ω
全反射 半反射
V 反射信号
ZL = 50=Zs
无反射 =匹配
不匹配时，反射信号与输入信号矢量叠加，形成包络/驻波
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正向
S 11 反射 b1
S 11 =
Reflected Incident
=
b1 a1
S 21
Transmitted
=
Incident
=
b
2
a1
a1 = 0 Z0 Load
b1 传输
S 21
a2 = 0 a2 = 0
DUT
S 12
传输
b2
DUT
a2 = 0
S-parameters
电压线性值定义
Z0 Load
Why Calibrate – 消除测量误差
测试数据
系统误差 随机误差 飘移误差
被测件 性能
What we can Calibrate out?
系统误差 l 由于测试仪表原理或测试设备引起，变化有规律，定量描述
随机误差 è 设备噪声，开关重复性，连接器可重复性，随机变化
飘移误差 l 校准后仪表性能变化；主要由温度变化造成；通过定期计量消除
n 测试对象- 射频微波电路元器件
Mixer, Filter, Duplexer, Isolator, Coupler, Amplifier etc
器件的分类：
nActive/Passive nMulti-port/two-port ……..
n 测试内容 -传输/反射特性
S-Parameter, VSWR, Group Delay, Match etc
Network Analyzer Fundamentals > How it measures
各组成部分作用及影响
1. 信号源
作用：
ALC
源
n 提供被测件激励信号
影响：功率精度和大小设置
ALC: 小范围功率调整,功率扫描
ALC Driver
衰减器
衰减器: 大范围功率调整
2. 信号分离-测试座
ALC 检测 ALC = 自动电平控制 (Automatic level control)
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How to perform Calibration ?
频率响应误差 1反射跟踪误差 2传输跟踪误差
R
3方向性 误差
A
反射信号
4源失配
6串扰
B
DUT
5负载失配
频响校准
n单端口Response校准-测S11/S22 nThrough校准-测S21/S12
l GD 抖动反映器件相位特性线性 l GD平均值反映器件的平均时延
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传输线，匹配，Smith Chart, Group Delay (GD) ,S-Parameter
S参数的定义 输入
a1
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信号在器件中的传播
入射 反射
RF/Microwave信号在器件中的传播
透射
Lightwave
Incident 反射特性 Reflected
Reflected Incident
SWR
S参数 S11,S22
Network Analyzer Fundamentals > Calibration n Why Calibrate? n Calibrate What? n How to Calibrate?
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增益 (dB) = 20 Log
V Trans V Inc
= 20 log τ
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传输特性的线性与非线性
A
A * Sin 360°* f ( t - t°)
Sin 360°* f * t
Time
传输线，匹配，Smith Chart, Group Delay (GD), S-Parameter
Z=R+jX
-
电感区
Z L = Zo
等电抗圆
Γ= 0
等电阻圆
Z L= 0 (短路点)
Γ = 1 ±180O
小电阻区
电容区
大电阻区
ZL =
Γ = 1 0O
Smith Chart 圆图上 一点位置反映对应的阻抗(R+jx)和反射特性(模和相位)
网络分析仪测试要讨论的问题
l 器件性能的描述: 传输特性; 反射特性 l 器件传输特性/反射特性的指标定义 ?
è Gain, Phase, Group delay è VSWR, Γ, ρ , Impedance
l 影响器件传输/反射特性的因素 ? è 工作频率 è 信号功率
反射特性 传输特性
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Γ
Emax
Emin
驻波比
Voltage Standing Wave Ratio
VSWR = Emax Emin
1+ρ = 1-ρ
全匹配 (ZL = Zo)
0
∞ dB
1
ρ
RL VSWR
全反射 (ZL = 开路,短路 )
1
0 dB
∞
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输入
R
反射
A
反射特性
Reflected
A
Incident = R
SWR
S参数 S11,S22
反射系数 Γ, ρ
反射损耗
阻抗 R+jX, G+jB
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输出
B
传输特性
Transmitted
B
=
Incident
S 22 =
Reflected Incident
=
b2 a2
S 12
Transmitted
=
Incident
=
b
1
a2
a1 = 0 a1 = 0
S 22 反射
输入
b2
反向
a2
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完整的器件指标描述
A/D
R2接收机
LO*
A/D
n 接收机 检波,测量
n 处理显示单元
测试端口-1
网络分析仪测试连接状态
A接收机
A/D
B接收机
A/D
反射信号 激励信号
输出信号
被测器件
测试电缆
测试端口-2
RA1:被测件1端口反射参数S11
BR1:被测件1→2端口传输参数S21
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Time 非线性特性:
l 输入/输出信号不同频率 l 产生新的频率成份
Frequency
满足波形不失真线性系统的条件
V 输入 = f(t)
DUT
V 输出 = a f( t - to)
系统频率带宽内幅频特性为常量
系统频率带宽内相频特性为线性
Magnitude Phase
Frequency
幅度/频率特性要求
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Agilent 网络分析仪 基本原理介绍
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