矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ).ppt

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矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ),2,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸線理論線形和非線性網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)校準(zhǔn)時(shí)域,內(nèi)容,3,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò),引言2端口S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介反射和傳輸,4,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)：引言,網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)不是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，指的是電子器件拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)矢量不是數(shù)字調(diào)制中的矢量(I/Q)，是指信號(hào)具有幅度和相位矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀多半是用來進(jìn)行器件測(cè)量,5,傳輸能量,入射能量,傳輸,增益/損耗,S-參數(shù),S21,S12,群延遲,傳輸,系數(shù),插入,相位,反射,SWR,S-參數(shù),S11,S22,反射,系數(shù)t,阻抗感抗,R+jX,G+jB,回波,損耗,G,r,T,t,入射能量,反射能量,傳輸能量,R,B,A,B,R,=,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)：二端口網(wǎng)絡(luò),DUT,6,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)：二端口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù),b1=S11xa1+S12xa2,b2=S22xa2+S21xa1,7,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)：二端口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)傳輸,增益(dB或V)插入損耗(dB或V)插入相位(度)實(shí)部和虛部(R+jI)電長(zhǎng)度(m)電延遲(s)線性相位的偏移(度)群延遲(s),8,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)：二端口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)反射,回波損耗(dB)SWR阻抗(R+jX)反射系數(shù)距離(時(shí)域）(傅里葉變換),9,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸線理論線形和非線性網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)校準(zhǔn)時(shí)域,內(nèi)容,10,傳輸線理論：傳輸線類型,電纜同軸電纜雙絞線微帶線微帶共面波導(dǎo),11,傳輸線理論：傳輸線,理想的傳輸線(終端連接Zo),傳輸線終端連接負(fù)載，無反射信號(hào)，相當(dāng)于無限長(zhǎng)的傳輸線。,Vinc,Vref=0!(所有入射功率都被負(fù)載吸收),Zo=傳輸線的特性阻抗,ZL=Zo,Zs=Zo,12,傳輸線理論：駐波比,VSWR,來自激勵(lì)源的電壓=Vi,低頻,反射信號(hào)電壓=Vr,中頻,高頻,阻抗不匹配,不是50Ohms,最大電壓值和最小電壓值之比VSWR=Emax/Emin=(1+r)/(1-r)反射系數(shù)：G=Vr/Vi;r=1G1,反射系數(shù)和阻抗的計(jì)算G=(ZL-Zo)/(ZL+Zo),13,傳輸線理論：回波損耗,回波損耗,來自信號(hào)源的功率=Pi,反射正比于阻抗匹配,阻抗不匹配,不是50Ohms,回波損耗RL=-20Lg（r）反射系數(shù)按電壓表示：G=Vr/Vir=1G1,Pi,Pr,14,傳輸線理論：反射參數(shù),15,史密斯圓圖為阻抗平面圖畫在極坐標(biāo)圓圖上,.,.2,.4,.6,.8,1.0,極坐標(biāo)圓圖,Z=Zo,L,=,0,G,常熟X,常熟R,史密斯圓圖,傳輸線理論：史密斯圓圖,16,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸線理論線形和非線性網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)校準(zhǔn)時(shí)域,內(nèi)容,17,線性表現(xiàn)：輸入和輸出信號(hào)相同輸出頻率只在幅度和相位變化,頻率,DUT,輸入,輸出,非線性表現(xiàn)：輸出信號(hào)發(fā)生畸變輸出信號(hào)有附加信號(hào),線性和非線性,18,幅度不變?cè)谥付ǖ膸拑?nèi),幅度,相位,頻率,頻率,相位不變?cè)谥付ǖ膸拑?nèi),線性和非線性：線性網(wǎng)絡(luò)無失真?zhèn)鬏?19,線性和非線性：電子延遲,使用電子延遲(參考面延長(zhǎng))去除線性相位延遲示例：信號(hào)經(jīng)過濾波器后的相位變化,加入電子延遲長(zhǎng)度,=,+,頻率,頻率,相位響應(yīng),相位偏移,頻率,20,線性和非線性：群延遲,群延遲波動(dòng)表示相位失真平均延遲是電子延遲跨度對(duì)測(cè)量的影響非常重要跨度越窄，分辨率越小，但曲線噪聲越大跨度越寬，分辨率越差，但曲線噪聲很小,頻率,群延遲波動(dòng),t,o,相位,P,DP,頻率,DF跨度,F,21,線性和非線性：為什么測(cè)量群延遲？,相位波動(dòng)相同但群延遲不同,22,線性和非線性：有無失真網(wǎng)絡(luò)是否線性的標(biāo)準(zhǔn),飽和、臨界、交調(diào)、以及其他非線性效應(yīng)引起的信號(hào)失真對(duì)系統(tǒng)的影響取絕于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和失真類型和總量,23,線性和非線性：非線性描述,常見的VNA非線性測(cè)量：增益壓縮點(diǎn)AM/PM諧波交調(diào)產(chǎn)物和截點(diǎn),24,線性和非線性：非線性描述什么是增益壓縮?,放大器的增益為有限的在某些點(diǎn)，放大器成為非線性通常P1dB作為放大器的增益壓縮點(diǎn),25,線性和非線性：1dB壓縮點(diǎn)測(cè)試方法,頻率掃描增益壓縮測(cè)量功率掃描增益壓縮測(cè)量單頻率點(diǎn)多頻率點(diǎn)增益壓縮測(cè)量精度討論：功率測(cè)量是絕對(duì)測(cè)量，不是相對(duì)測(cè)量沒有進(jìn)行矢量校準(zhǔn)源和負(fù)載匹配誤差沒有校準(zhǔn)結(jié)論：必須用功率計(jì)校準(zhǔn)VNA,26,線性和非線性：AM/PM測(cè)量,AM/PM測(cè)量功率掃描測(cè)量下的一種測(cè)量反映的是幅度調(diào)制產(chǎn)生的相位調(diào)制或頻率變化的相位偏移,27,線性和非線性：多頻率點(diǎn)功率掃描壓縮測(cè)量,功率掃描測(cè)量自動(dòng)測(cè)試多達(dá)10個(gè)CW頻率點(diǎn)功率掃描增益壓縮測(cè)量可和功率計(jì)測(cè)量同樣精確,28,線性和非線性：什么是交調(diào)失真IMD?,兩個(gè)頻率相差不大的信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)產(chǎn)生的一種非線性失真多見于有源器件無源器件也有，但電平很低交調(diào)產(chǎn)物三階、五階、七階、九階交調(diào)失真討論失真產(chǎn)物信號(hào)有可能干擾其它有用信號(hào)失真產(chǎn)物信號(hào)造成系統(tǒng)的能源損耗,29,線性和非線性：什么是三階截點(diǎn)TOI,截點(diǎn)是推算假定放大器無壓縮和交調(diào)失真產(chǎn)物的交叉點(diǎn)三階截點(diǎn)計(jì)算PTONE1=PTONE2PTONE1+/2(2/2)PTONE1+(PTONE1-PUPPER)/2(3*PTONE1-PUPPERIMD)/2UpperTone(3*PTONE1-PUPPERIMD)/2(3*0dBm-42.120dB)/2+21.06dBmLowerTone(3*PTONE2-PLOWERIMD)/2(3*0dBm-41.927dB)/2+20.96dBm,30,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸線理論線形和非線性網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)校準(zhǔn)時(shí)域,內(nèi)容,31,網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：VNA的基本組成,三個(gè)主要部分:系統(tǒng)信號(hào)源測(cè)試座信號(hào)測(cè)量器件下變頻處理將RF到IF網(wǎng)絡(luò)分析儀前面板，顯示和存儲(chǔ)器分析IF的數(shù)字和模擬硬件操作軟件,32,網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：VNA的工作原理,每個(gè)接收通道都通過線性頻率變換保留了幅度和相位信息,33,網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：VNA接收機(jī)技術(shù),頻率轉(zhuǎn)換幅度和相位測(cè)量靈敏度高大動(dòng)態(tài)范圍（IF帶寬、平均)諧波抑制低噪聲,34,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸線理論線形和非線性網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)校準(zhǔn)時(shí)域,內(nèi)容,35,誤差分析及其修正校準(zhǔn)方法不定量計(jì)算,校準(zhǔn)：內(nèi)容,36,校準(zhǔn)：隨機(jī)誤差,隨時(shí)間變化不可預(yù)見因此不可校準(zhǔn)儀器內(nèi)的噪聲、開關(guān)重復(fù)性測(cè)試電纜和接頭的重復(fù)性環(huán)境溫度漂移變化頻率和相位的漂移變化,37,校準(zhǔn)：系統(tǒng)誤差,6個(gè)正向和6個(gè)反向構(gòu)成12項(xiàng)誤差,38,校準(zhǔn)：誤差修正類型,歸一化修正頻率響應(yīng)方法：曲線存儲(chǔ)加運(yùn)算（/）優(yōu)點(diǎn)：方便簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：誤差大矢量誤差修正可將全部或部分系統(tǒng)誤差去除方法：測(cè)量多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，解誤差方程優(yōu)點(diǎn)：精確；缺點(diǎn)：復(fù)雜全部12項(xiàng)（Full12-Term）S11,S21,S12,S22單向（1Path,2Port）S21或S11&S22,39,校準(zhǔn)：?jiǎn)味丝谑噶空`差校準(zhǔn),只有3個(gè)誤差修正項(xiàng)：源失配、方向性、反射頻響分別測(cè)量3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，得到3個(gè)方程，解出3個(gè)誤差修正項(xiàng),40,校準(zhǔn)：全雙端口12項(xiàng)矢量誤差校準(zhǔn),有全部12個(gè)誤差修正項(xiàng),41,校準(zhǔn)：全雙端口12項(xiàng)矢量誤差校準(zhǔn),42,校準(zhǔn)：誤差和校準(zhǔn)方法比較,無校準(zhǔn)頻響校準(zhǔn)單端口校準(zhǔn)全雙端口校準(zhǔn),無誤差修正誤差太大無實(shí)用價(jià)值,方便容易對(duì)精度要求不高去除的誤差項(xiàng)傳輸頻響,僅用于反射測(cè)量對(duì)雙端口器件，需要有高精度的終端負(fù)載去除的誤差項(xiàng)：方向性源匹配反射頻響,最高精度去除的誤差項(xiàng)：方向性源、負(fù)載匹配反射、傳輸頻響隔離度,DUT,DUT,DUT,DUT,單方向雙端口校準(zhǔn),單端口和直通2種校準(zhǔn)合并注意：沒有負(fù)載匹配誤差修正,43,我們?cè)趺粗肋@是一個(gè)好的校準(zhǔn)?,對(duì)接測(cè)量?最常用、簡(jiǎn)單易行用已知器件檢查，以確保校準(zhǔn)良好定期檢查校準(zhǔn)（計(jì)量）,44,校準(zhǔn)：誤差分析,測(cè)量誤差示例濾波器測(cè)量反射測(cè)量不定量:-20*log(.158+.100+.010)=11.4dB(-4.6dB)-20*log(.158-.100-.010)=26.4dB(+10.4dB)注意：計(jì)算中需要轉(zhuǎn)換所有dB值到線性值,負(fù)載匹配18dB(.126),.158,(.891)(.126)(.891)=.100,VNA,45,S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸線理論線形和非線性網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)校準(zhǔn)時(shí)域,內(nèi)容,46,時(shí)域測(cè)量時(shí)域門時(shí)域分析應(yīng)用討論,時(shí)域：內(nèi)容,47,時(shí)域：引言,域時(shí)域：幅度和時(shí)間的關(guān)系-示波器x(t)=F-1Xf(f)=Xf(f)ej2ftdf（反傅立葉變換）頻域：幅度和頻率的關(guān)系-頻譜分析儀、VNAXf(f)=Fx(t)=x(t)e-j2ftdt（傅立葉變換）,-,48,時(shí)域：引言,對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉反變換：h(t)=-H(f).ej.2.ftdf對(duì)于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀頻率域的掃描測(cè)量，經(jīng)過傅立葉反變換后可以得到時(shí)域上的脈沖信號(hào)VNA時(shí)域測(cè)量就是將頻域通過付立葉反變換測(cè)量得到阻抗的不連續(xù)性Sitemaster的DTF（DistantToFault）功能也是VNA時(shí)域測(cè)量的一部分功能,49,時(shí)域：時(shí)域中的“門”功能,“門”實(shí)際上是時(shí)域測(cè)量中加濾波器可以同時(shí)進(jìn)行加“門”和“門外”時(shí)域測(cè)量時(shí)域的加“門”和“門外”變換到頻域測(cè)量,50,時(shí)域：時(shí)域中的“門”功能電纜和連接器測(cè)量,51,時(shí)域：時(shí)域中的“門”功能電纜和連接器測(cè)量,52,時(shí)域：時(shí)域中的“門”功能電纜和連接器測(cè)量,53,時(shí)域：時(shí)域中的“門”功能電纜和連接器測(cè)量,54,時(shí)域：時(shí)域中的“門”功能濾波器測(cè)量,射頻輸出,射頻輸入,3次傳播,主波,泄漏,Gate,聲表面波濾波器測(cè)量門功能,55,時(shí)域：濾波器測(cè)量,諧振腔濾波器測(cè)量時(shí)域的諧振點(diǎn)調(diào)試,時(shí)域,頻域,56,時(shí)域：上升時(shí)間測(cè)量示例,57,請(qǐng)?zhí)釂枺?58,謝謝各位！,