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1、Agilent 系列 网络分析仪,网络分析仪测试基本概念网络分析仪 工作原理误差和校准ENAPNA,网络分析仪,LO LC 滤波器,功分器,耦合器,隔离器,平衡/非平衡转换,混频器,放大器,天线,射频前端模块,系统组成及器件功能,平衡/非平衡转换,射频信号在器件中的传播,Lightwave,入射,反射,透射,RF/MW,网络分析仪测试要讨论的问题,器件性能的描述: 传输特性; 反射特性器件传输特性/反射特性的指标定义 ? Gain, Phase, Group delay VSWR, , , Impedance 影响器件传输/反射特性的因素 ? 工作频率 信号功率 网络分析仪表显示结果,反射特性
2、,传输特性,工作频率; 信号功率,反射特性的参数定义:, dB,全匹配(ZL = Zo),r,RL,VSWR,0,1,全反射 (ZL = 开路,短路 ),0 dB,1,Voltage Standing Wave Ratio,=,=,=,G,=,r,G,= -20 log(r),Emax,Emin,驻波比,反射系数 (电压比值),反射损耗 (功率比值),Z0 : 传输线特性阻抗Z1 : 传输线终端负载,传输信号包络,史密斯圆图 (Smith Chart) 对阻抗和反射的描述, ,.,.2,.4,.6,.8,1.0,0,等电抗圆,等电阻圆,Smith Chart 圆图上 一点位置反映对应的阻抗(R
3、+jx)和反射(模和相位),等反射系数圆半径: 反射大小相角: 反射相位,G,L,Z = 0,=,180,O,1,(短路点),Z =,L,=,0,O,1,G,(开路点),Z = Zo,L,=,0,G,大电阻区,小电阻区,电感区,电容区,Z=R+jx,反射特性的说明,RL / RS,RL = RS: 负载上最大功率传输,对于复阻抗: 功率最大传输效率条件: ZL = ZS* (共轭匹配),RL / RS,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1,1.2,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,Load Power,(normalized),传输特性,V,输入,DUT,插入损耗 (dB) =
4、- 20 Log,= - 20 log t,线性器件与非线性器件,线性特性: 输入信号与输出信号同频率 输出信号幅度和相位会发生变化,Time,A,t,o,Frequency,DUT,输入,输出,Time,Frequency,非线性特性: 输入/输出信号不同频率 产生新的频率成份,满足波形不失真线性系统的条件,系统频率带宽内幅频特性为常量,Magnitude,Phase,Frequency,Frequency,幅度/频率特性要求,相位/频率特性要求,系统频率带宽内相频特性为线性,V = a f( t - to),输出,V = f(t),输入,DUT,对系统相位特性的描述,网络分析仪相位补偿,+
5、,=,Frequency,(Electrical delay ),Frequency,器件相频特性,器件相位非线性,Frequency,应用: 测量器件相位特性 难于定量分析相位特性线性,应用: 便于对相位特性线性的分析,网络分析仪的相位补偿处理功能： 电延迟功能( Electrical delay）:通过时间补偿消除被测件相频特性中线性部分 相位偏移（Phase offset): 被测件相位特性中加入固定偏置 端口延伸（Port Extension)：测试仪表端口电延时补偿,群时延Group Delay (GD),in radians,in radians/sec,in degrees,f
6、in Hertz (w = 2 p f),f,w,f,Group Delay (t ),g,=,-d f,d w,=,-1,360,o,d f,d f,*,Frequency,群时延抖动,平均时延,t,o,网络分析仪通过测试相/频特性得到器件延迟性能GD 抖动反映器件相位特性线性GD平均值反映器件的平均时延,aperture,通过群时延指标反映器件相位线性,相位抖动相同,群延时不同,完整的器件指标描述,Transmitted,Incident,传输特性,增益,S参数,S21,S12,群延时,Delay,传输系数,相位,Phase,反射特性,SWR,S参数,S11,S22,反射系数,阻抗,R+j
7、X, G+jB,反射损耗,G, r,T,t,输入,反射,输出,R,B,A,B,R,=,S参数的定义,输入,传输,S,21,S,11,反射,b,1,a,1,b,2,a,2,=,0,DUT,正向,输入,传输,S,12,b,2,a,2,b,a,1,=,0,DUT,反向,1,S-parameters 电压线性值定义,器件的非线性失真 Nonlinear Networks,器件饱和,串扰,交调等非线性过程导致传输信号波形失真,CH1 S21 1og MAG 1 dB/ REF 32 dB 30.991 dB 12.3 dBmC2,IF BW 3 kHz SWP 420 msecSTART 5dBm CW
8、 902 MHz STOP 15 dBm,1 dB compression point: 输入功率增加导致器件增益下降1dB相对测试输出1dB压缩点(绝对测试),器件的功率动态范围:输入1dB压缩点,测试功率,测试频率,输入1dB压缩点,器件的功率动态范围:输出1dB压缩点,饱和工作电平,输出信号功率 (dBm),输入信号功率 (dBm),压缩工作区,线性工作区 (slope = small-signal gain),1dB,AM / PM 转换对系统的影响,Amplitude,Time,AM,(dB),PM,(deg),Mag(AM,in,),Test Stimulus,Amplitude,
9、Time,AM,(dB),PM,(deg),Mag(AM,out,),Mag(PM,out,),Output Response,AM - PM Conversion =,Mag(PM,out,),Mag(AM,in,),(deg/dB),DUT,Power sweep,AM to PM conversion can cause bit errors,输入功率对器件相位特性的影响,网络分析仪测试基本概念网络分析仪 工作原理误差和校准ENAPNA,网络分析仪,网络分析仪组成框图,Port 2,功率分配/开关,源,R1,R2,衰减器,衰减器,测量接收机,参考接收机,参考接收机,反射信号(A),传输信
10、号(B),输入信号,输出信号,网络分析仪组成信号源信号分离装置接收机处理显示单元,网络分析仪测试信号流程,R,A,B,输入源,LO 源,RF,N*LO +/- IF,反射,传输,输入参考信号,输入信号,输出信号,B,R,:被测件正向传输特性,A,R,:被测件输入端反射特性,信号源,提供被测件激励信号具备频率和功率扫描功能合成源实现,频率合成源,端口稳定点频输出:span=0Hz, max sweep time,源功率控制,源功率控制部分=ALC: 小范围功率调整,功率扫描 +衰减器: 大范围功率调整,Range1Range2Range3.,信号分离装置,功分器提供参考信号宽频率覆盖,定向耦合器
11、电桥方向性低插入损耗,Main signal,Coupled signal,RECEIVER / DETECTOR,PROCESSOR / DISPLAY,REFLECTED(A),TRANSMITTED(B),INCIDENT (R),SIGNAL,SEPARATION,SOURCE,Incident,Reflected,Transmitted,DUT,定向耦合器连接端点: 反射特性测试点,Directivity 方向性反映定向耦合器分离两个相反传输方向信号的能力.,被测件端口,(入射信号泄漏),(被测件反射方向),定向耦合器,输入方向,反射方向,定向耦合器用于器件反射性能测试,(定向耦合器
12、输入端),Data Max,Add in Phase,Device,Directivity,Return Loss,Frequency,0,30,60,DUT RL = 40 dB,Cancel Data 0,Device,Directivity,Data = Vector Sum,Data Min,被测件反射信号与定向耦合器泄漏的 输入信号在接收机端矢量叠加 影响测试精度,接收机类型,Tuned Receiver,Scalar broadband (no phase information),Vector(magnitude and phase),高灵敏度接收机ENA 采用混频方式接收机接收
13、机噪声电平与其接收带宽有关网络分析仪要求大测试动态范围对被测件输出杂波/谐波有抑制作用接收机带宽在测试动态范围和测试速度间折衷,调谐接收机的特点,网络分析仪的测试动态范围,接收机带宽:10Hz,接收机带宽 :70kHz,-100dB,接收机噪声电平高，网络分析测试动态范围小,接收机噪声电平小,网络分析测试动态范围大,网络分析仪测试动态范围和测试精度,网络分析仪测试精度与测试动态范围关系,T/R vs S-Parameter Test Sets,显示处理单元,RECEIVER / DETECTOR,PROCESSOR / DISPLAY,REFLECTED(A),TRANSMITTED(B),I
14、NCIDENT (R),SIGNAL,SEPARATION,SOURCE,Incident,Reflected,Transmitted,DUT,标识(marker) 读取测试结果极限判断(limit lines)显示比例和标识文件处理.,网络分析仪测试基本概念网络分析仪 工作原理误差和校准ENAPNA,网络分析仪,网络分析仪测量误差,系统误差由于测试仪表原理或测试设备引起变化有规律能够被定量描述可通过校准消除随机误差随时间随机变化不能通过校准消除引起随机误差的原因:设备噪声开关重复性连接器重复性飘移误差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,被测件性能,测试数据,系统误差,随机误
15、差,飘移误差,反射参数测试误差分析,A,B,源失配,负载失配,串扰,方向性误差,DUT,频率响应误差反射跟踪误差传输跟踪误差,R,单端口共 6 项误差 双端口共 12 项误差,反射信号,A接收机信号= 被测件反射信号+误差信号,频响校准 (response校准)=归一化处理(normalization) 简单 只能消除跟踪误差(频响误差) 相当于归一化处理(Datamem, Data/mem) 矢量校准需要测试更多校准件可消除更多误差项目要求矢量测试能力,SHORT,OPEN,LOAD,校准的基本分类,校准的概念,校准网络分析仪误差的过程 测量参数已知的标准件,得到误差项 将测试结果中误差项成
16、份消除反射测试 存在三项误差:方向性,源失配, 反射通道频率响应 频响校准(推荐标准件: short)消除频响误差 1-port 单端校准 消除3项误差 反射传输测试 存在12项误差 频响校准( 校准件: through) 消除频响误差 full 2 port 双端口校准消除12项误差cal kit: 定义校准件数据 definition file用户可定义校准件: 校准件定义必须和实际校准件相符,ENA 支持的校准件方式,电子校准件(Ecal),机械校准件,校准件多次连接Shorts, Open, Loads, Thru,单次连接；多端口校准Single Connection,不同的校准方法
17、总结,不校准 2. 频响校准 3. 1-PORT单端校准 4. FULL 2-PORT双端校准,DUT,SHORT,OPEN,SHORT,OPEN,SHORT,OPEN,方便消除频率相应误差不要求高精度传输测试=直通反射测试=短路,反射测试消除测试端口所有误差 Directivity Source match Reflection tracking校准件: open short load,复杂,校准件多次连接高精度消除测试中所有误差: Directivity Source, load match Reflection tracking Transmission tracking Crossta
18、lk,DUT,DUT,DUT,LOAD,LOAD,LOAD,TRL校准 Thru-Reflect-Line,TRL校准的特点:双端口校准技术适合非同轴系统测试 (waveguide, fixtures, wafer probing)与SOLT 校准使用相同的12项误差模型要求网络分析仪 4 接收机, 3 接收机支持TRL*校准其它校准方法: Line-Reflect-Match (LRM), Thru-Reflect-Match (TRM),网络仪功率校准确保源功率精度,保证测试端口输出功率准确不同测试通道和测试端口分别设置,与ENA兼容的功率计,437B(Single ch)438A(Dual ch)EPM-441A(Single ch)EPM-442A(Dual ch)E4416A(Single ch)E4417A(Dual ch)E4418A(Single ch)E4418B(Single ch)E4419A(Dual ch)E4419B(Dual ch),
