网络分析仪原理及其应用培训资料

1、page 1第一页，共41页。page 2l网络分析仪测试基本概念网络分析仪测试基本概念l网络分析仪网络分析仪 工作原理工作原理l误差误差(wch)和校准和校准lENAlPNA第二页，共41页。page 3双功器LO LC 滤波器功分器TX IF LC滤波器耦合器隔离器平衡(pnghng)/非平衡(pnghng)转换混频器LNA放大器SAW 滤波器SAW 滤波器天线(tinxin)射频(sh pn)前端模块平衡/非平衡转换第三页，共41页。page 4 Lightwave入射入射反射反射(fnsh)透射透射(tu sh) RF/MW第四页，共41页。page 5器件性能的描述(mio sh):

2、 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工作频率工作频率; 信号功率信号功率第五页，共41页。page 6 dB全匹配全匹配(ppi)(ZL = Zo)r rRLVSWR01全反射全反射 (ZL = 开路开路(kil),短路短路 )0 dB1=ZL-ZOZL+OZ=V反射V输入=rFG=rG= -20 log(r),VSWR = EmaxEmin=1 + r1 - rEmaxEmin (功率比值功率比值)第六页，

3、共41页。page 7 0+R+jX-jXRectilinear impedance plane.-90o0o180o+-.2.4.6.81.090o 0 0等电抗等电抗(dinkng)圆圆等电阻等电阻(dinz)圆圆Smith Chart 圆图上圆图上 一点一点位置反映对应的位置反映对应的阻抗阻抗(R+jx)和和反射反射(模和相位模和相位)GLZ = 0=180 O1(短路点短路点) Z = L=0 O1G(开路点开路点) Z = ZoL=0G大电阻区大电阻区小电阻区小电阻区电感区电感区电容区电容区 Z=R+jx Z=R+jx 第七页，共41页。page 8RL / RSRSRLRL = R

4、S: 负载上最大功率负载上最大功率(gngl)传输传输 Zs = R + jXZL = Zs* = R - jXRL / RS00.20.40.60.811.2012345678910Load Power (normalized)第八页，共41页。page 9V传输V输入(shr)传输系数传输系数 = T T=VTransmittedVIncident = tf tfDUT增益增益 (dB) = 20 Log VTrans VInc = 20 log t t插入损耗插入损耗 (dB) = - 20 Log VTrans VInc = - 20 log t t第九页，共41页。page 10Ti

5、meAtoFrequencyf1TimeSin 360 * f * tFrequencyA phase shift = to * 360 * f1fDUT A * Sin 360 * f ( t - t )输入输入(shr)输出输出TimeFrequencyf1第十页，共41页。page 11系统频率系统频率(pnl)带宽内幅频特性带宽内幅频特性为常量为常量MagnitudePhaseFrequencyFrequency系统频率带宽内相频特性为线性系统频率带宽内相频特性为线性 V = a f( t - to)输出输出V = f(t)输入输入DUT第十一页，共41页。page 12网络分析仪相位

6、网络分析仪相位(xingwi)补偿补偿+=Frequency(Electrical delay )FrequencyPhase 1 /DivoPhase 45 /DivoFrequency 应用应用: 测量器件相位特性 难于定量分析相位特性线性 应用应用: 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：网络分析仪的相位补偿处理功能： 第十二页，共41页。page 13in radiansin radians/secin degreesf in Hertz (w = 2 p f)fwfGroup Delay (t )g=-d fd w=-1360od fd f*Frequency群时延抖

7、动群时延抖动(dudng)平均平均(pngjn)时延时延totg 网络分析仪通过测试网络分析仪通过测试(csh)相相/频频特性得到器件延迟性能特性得到器件延迟性能GD 抖动反映器件相位特性线性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平均值反映器件的平均时延PhasefDfFrequencyDww第十三页，共41页。page 14PhasePhaseGroup DelayGroup Delay- -d f fd w w- -d f fd w wffff第十四页，共41页。page 15TransmittedIncident传输传输(chun sh)特性特性增益增益(zngy)S参数参

8、数S21,S12群延时群延时Delay传输系数传输系数相位相位PhaseReflectedIncident反射特性反射特性SWRS参数参数S11,S22反射系数反射系数阻抗阻抗 R+jX, G+jB 反射损耗反射损耗 G, rG, rT,tT,t输入输入反射反射输出输出RBAAR=BR=第十五页，共41页。page 16S11=ReflectedIncident=b1a1a2= 0S21=TransmittedIncident=b2a1a2= 0S22=ReflectedIncident=b2a2a1= 0S12=TransmittedIncident=b1a2a1= 0输入输入(shr)传输

9、传输(chun sh)S21S11反射反射b1a1b2Z0Loada2=0DUT正向正向输入输入传输传输S12S22反射反射b2a2ba1=0DUTZ0Load反向反向1S-parameters 电压线性值定义电压线性值定义第十六页，共41页。page 17FrequencyFrequencyTimeTime第十七页，共41页。page 18CH1 S21 1og MAG 1 dB/ REF 32 dB 30.991 dB 12.3 dBmC2 IF BW 3 kHz SWP 420 msecSTART 5 5dBm CW 902 MHz STOP 15 dBm1 dB compression

10、 point: 输入功率输入功率(gngl)增加导致器件增益下降增加导致器件增益下降1dB相对测试相对测试输出输出1dB压缩点压缩点(绝对测试绝对测试) 测试测试(csh)功率功率 测试频率测试频率01dB 输入输入1dB压缩点压缩点第十八页，共41页。page 19饱和饱和(boh)工工作电平作电平压缩工作区压缩工作区线性工作区线性工作区 (slope = small-signal gain)1dB第十九页，共41页。page 20AmplitudeTimeAM (dB)PM (deg)Mag(AMin)Test StimulusAmplitudeTimeAM (dB)PM (deg)Mag

11、(AMout)Mag(PMout)Output ResponseAM - PM Conversion =Mag(PMout)Mag(AMin)(deg/dB)DUTPower sweepIQAM to PM conversion can cause bit errors输入功率对器件输入功率对器件(qjin)相位特性的影相位特性的影响响第二十页，共41页。page 21l网络分析仪测试基本概念网络分析仪测试基本概念l网络分析仪网络分析仪 工作原理工作原理(yunl)l误差和校准误差和校准lENAlPNA第二十一页，共41页。 基本上，网络分析仪的架构可以分成四大部分：一个是信基本上，网络分析仪

12、的架构可以分成四大部分：一个是信号的发射源，另一种为用以分离号的发射源，另一种为用以分离(fnl)入射、反射及穿透入射、反射及穿透波的信号分离波的信号分离(fnl)电路，第三是将射频或微波信号转换电路，第三是将射频或微波信号转换至中频信号的接收器，最后是负责将侦测信号作运算处理至中频信号的接收器，最后是负责将侦测信号作运算处理的处理器及显示屏。的处理器及显示屏。 第二十二页，共41页。Port 2功率(gngl)分配/开关源R1APort 1R2B衰减器衰减器测量(cling)接收机参考接收机参考接收机反射信号(A)传输信号(B)输入信号输入信号输出信号输出信号DUT信号源信号源信号分离装置信

13、号分离装置接收机接收机处理显示单元处理显示单元第二十三页，共41页。RAB输入输入(shr)源源LO 源源RFN*LO +/- IF反射反射(fnsh)传输传输输入参考信号输入参考信号输入信号输入信号输出信号输出信号BRAR第二十四页，共41页。l提供被测件激励信号提供被测件激励信号l具备具备(jbi)频率和功率扫描功能频率和功率扫描功能l合成源实现合成源实现频率频率(pnl)合合成源成源ALCALCDriverALC 检测检测衰减器衰减器源源ALC = 自动电平控制自动电平控制 (automatic level control)第二十五页，共41页。l功分器功分器l提供参考信号提供参考信号l

14、宽频率宽频率(pnl)覆盖覆盖6 dB50 W50 W6 dBl定向定向(dn xin)耦合耦合器器l电桥电桥l方向性方向性l低插入损耗低插入损耗Main signalCoupled signalRECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT (R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT 定向耦合器连接端点定向耦合器连接端点: 反射特性测试点反射特性测试点Test PortDetector第二十六页，共41页。(入射信号入射信号(

15、xnho)泄泄漏漏)(被测件反射被测件反射(fnsh)方向方向)定向耦合器定向耦合器(定向耦合器输入端定向耦合器输入端)Data MaxAdd in PhaseDeviceDirectivityReturn LossFrequency03060DUT RL = 40 dBCancel Data 0DeviceDirectivityData = Vector SumDirectivityDeviceData Min 被测件反射信号被测件反射信号与定向耦合器泄漏的与定向耦合器泄漏的 输入信号输入信号在接收机端矢量叠加在接收机端矢量叠加 影响测试精度影响测试精度第二十七页，共41页。300kHz8.

16、5 GHz混频器前端混频器前端ADC / DSP幅度幅度+相位信息相位信息第二十八页，共41页。接收机带宽接收机带宽(di kun) :70kHz-100dB第二十九页，共41页。Error Due to Interfering Signal0.0010.010.11101000-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65-70Interfering signal (dB)Error (dB, deg)phase errormagn error+-网络分析仪测试精度网络分析仪测试精度(jn d)与测试动态范围关与测试动态范围关系系第三十页，共41页。RECEIV

17、ER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT (R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT第三十一页，共41页。l网络分析仪测试网络分析仪测试(csh)基本概念基本概念l网络分析仪网络分析仪 工作原理工作原理l误差和校准误差和校准lENAlPNA第三十二页，共41页。第三十三页，共41页。AB负载负载(fzi)失配失配串扰串扰方向性误差方向性误差DUT频率响应误差频率响应误差l传输跟踪误差传输跟踪误差R 单端口共单端口共 6 项误差项误差

18、双端口共双端口共 12 项误差项误差 反射信号反射信号第三十四页，共41页。校准(jio zhn)的原理在所有网络的量测系统中，都会有所谓的误差来源，他们分别来自于如缆线、治具及环境所造成的系统误差(Systematic Error)，我们假设它不随时间而变(这也代表当缆线或治具改变时，就必须重新(chngxn)作校正)，因此可以用校正模型或数学运算的方式将其去除，在网络中，这些误差计有信号泄漏(Signal Leakage)、信号反射(Signal Reflection)以及频率响应(Frequency Response)等。另一类误差为随机误差(Random Error)，它是会随着时间而

19、改变且不可预期的，如仪器的噪声位准、取样噪声等，我们无法对此类误差作校正的动作，但我们可藉由增加入射讯号功率、降低中频滤波器频宽或使用平均方式来尽量减少此类误差。第三种是当校正后因使用时间增加所产生的飘移误差(Drift Error)，它主要来自于环境温度改变的贡献，而飘移误差的大小就决定了何时必须再做一次的校正工作，若我们可以控制环境温度为一稳定值，则系统就可以维持在一定的精确度范围内。必须注意的是，以上所述的这些误差大小会随着测试系统架设方式而有不同，因此在做每次精确的量测前，我们建议都必须作校正的动作，以下就是探讨误差的来源及相对应的解决方案。 第三十五页，共41页。 频响校准频响校准 (response校准校准)=归一化处理归一化处理(normalization) 简单简单 只能消除跟踪误差只能消除跟踪误差(频响误差频响误差) 相当于归一化处理相当于归一化处理(Datamem, Data/mem) 矢量校准矢量校