安捷伦网络分析仪原理培训ppt课件

1、Agilent 系列 网络分析仪网络分析仪测试根本概念网络分析仪 任务原理误差和校准ENAPNA网络分析仪双功器LO LC 滤波器功分器TX IF LC滤波器耦合器隔离器平衡/非平衡转换混频器LNA放大器SAW 滤波器SAW 滤波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画: 传输特性; 反射特性器件传输特性/反射特性的目的定义 ? Gain, Phase, Group delay VSWR, , , Impedance 影响器件传输/反射特性的要素 ? 任务频率 信号功率 网络分

2、析仪表显示结果 反射特性 传输特性任务频率; 信号功率反射特性的参数定义: dB全匹配(ZL = Zo)rRLVSWR01全反射 (ZL = 开路,短路 )0 dB1Voltage Standing Wave Ratio=ZL-ZOZL+OZ=V反射V输入=rFG=rG= -20 log(r),VSWR = EmaxEmin=1 + r1 - rEmaxEmin 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) 对阻抗和反射的描画 0+R+jX-jXRectilinear impedance

3、 plane.-90o0o180o+-.2.4.6.81.090o0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+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GLZ = 0=180 O1(短路点) Z = L=0 O1G(开路点) Z = ZoL=0G大电阻区小电阻区电感区电容区 Z=R+jx 反射特性的阐明RL / RSRSRLRL = RS: 负载上最大功率传输 Zs = R + jXZL = Zs* = R - jX对于复阻抗: 功率最大传输效率条件: ZL = ZS* (共轭匹配)RL / RS00.20.40.60.811.201

4、2345678910Load Power (normalized)传输特性V传输V输入传输系数 = T=VTransmittedVIncident = tfDUT增益 (dB) = 20 Log VTrans VInc = 20 log t插入损耗 (dB) = - 20 Log VTrans VInc = - 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TimeAtoFrequencyf1TimeSin 360 * f * tFrequencyA phase shift = to * 360 * f1fDUT A * Sin 360

5、* f ( t - t )输入输出TimeFrequency非线性特性: 输入/输出信号不同频率 产生新的频率成份f1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MagnitudePhaseFrequencyFrequency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画 网络分析仪相位补偿+=Frequency(Electrical delay )Frequency器件相频特性器件相位非线性Phase 1 /DivoPhase 45 /DivoFrequency 运用: 丈量器

6、件相位特性 难于定量分析相位特性线性 运用: 便于对相位特性线性的分析网络分析仪的相位补偿处置功能： 电延迟功能( Electrical delay:经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): 被测件相位特性中参与固定偏置 端口延伸Port Extension)：测试仪表端口电延时补偿群时延Group Delay (GD)in radiansin radians/secin degreesf in Hertz (w = 2 p f)fwfGroup Delay (t )g=-d fd w=-1360od fd f*Frequency群时延抖动平均时延totg

7、 网络分析仪经过测试相/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PhasefDfFrequencyDwwaperturePhasePhaseGroup DelayGroup Delay-d fd w-d fd wffff经过群时延目的反映器件相位线性相位抖动一样群延时不同完好的器件目的描画TransmittedIncident传输特性增益S参数S21,S12群延时Delay传输系数相位PhaseReflectedIncident反射特性SWRS参数S11,S22反射系数阻抗 R+jX, G+jB 反射损耗 G, rT,t输入反射输出RBAAR=BR=S参

8、数的定义 S11=ReflectedIncident=b1a1a2=0S21=TransmittedIncident=b2a1a2=0S22=ReflectedIncident=b2a2a1=0S12=TransmittedIncident=b1a2a1=0输入传输S21S11反射b1a1b2Z0Loada2=0DUT正向输入传输S12S22反射b2a2ba1=0DUTZ0Load反向1S-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FrequencyFrequencyTimeTime输入信号输

9、出信号CH1 S21 1og MAG 1 dB/ REF 32 dB 30.991 dB 12.3 dBmC2 IF BW 3 kHz SWP 420 msecSTART 5dBm CW 902 MHz STOP 15 dBm1 dB compression point: 输入功率添加导致器件增益下降1dB相对测试输出1dB紧缩点(绝对测试)器件的功率动态范围:输入1dB紧缩点 测试功率 测试频率01dB 输入1dB紧缩点器件的功率动态范围:输出1dB紧缩点饱和任务电平输出信号功率 (dBm)输入信号功率 (dBm)紧缩任务区线性任务区 (slope = small-signal gain)1

10、dBAM / PM 转换对系统的影响AmplitudeTimeAM (dB)PM (deg)Mag(AMin)Test StimulusAmplitudeTimeAM (dB)PM (deg)Mag(AMout)Mag(PMout)Output ResponseAM - PM Conversion =Mag(PMout)Mag(AMin)(deg/dB)DUTPower sweepIQAM to PM conversion can cause bit errors输入功率对器件相位特性的影响网络分析仪测试根本概念网络分析仪 任务原理误差和校准ENAPNA网络分析仪网络分析仪组成框图Port 2

11、功率分配/开关源R1APort 1R2B衰减器衰减器丈量接纳机参考接纳机参考接纳机反射信号(A)传输信号(B)输入信号输出信号DUT网络分析仪组成信号源信号分别安装接纳机处置显示单元.网络分析仪测试信号流程RAB输入源LO 源RFN*LO +/- IF反射传输输入参考信号输入信号输出信号BR:被测件正向传输特性AR:被测件输入端反射特性.信号源提供被测件鼓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 timeALCALCDriverALC 检测衰减器源ALC = 自动电平控制 (automatic level control)源功率控

12、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.信号分别安装功分器提供参考信号宽频率覆盖6 dB50 W50 W6 dB定向耦合器电桥方向性低插入损耗Main signalCoupled signalRECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT (R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT 定向耦合器衔接端点: 反射特性测试点Test PortDetector

13、.Directivity 方向性反映定向耦合器分别两个相反传输方向信号的才干.被测件端口(入射信号走漏)(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(定向耦合器输入端)Data MaxAdd in PhaseDeviceDirectivityReturn LossFrequency03060DUT RL = 40 dBCancel Data 0DeviceDirectivityData = Vector SumDirectivityDeviceData Min 被测件反射信号与定向耦合器走漏的 输入信号在接纳机端矢量叠加 影响测试精度.接纳机类型Tuned Rec

14、eiverScalar broadband (no phase information)Vector(magnitude and phase)DiodeDCACRFIF FilterIF = F LOFRFRFLOADC / DSPRECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT (R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT.高灵敏度接纳机ENA 采用混频方式接纳机接纳机噪声电平与其接纳带宽有关网络分析仪要求大测试动态范围对被测件输

15、出杂波/谐波有抑制造用接纳机带宽在测试动态范围和测试速度间折衷300kHz8.5 GHz调谐接纳机的特点混频器前端ADC / DSP幅度+相位信息.网络分析仪的测试动态范围接纳机带宽:10Hz接纳机带宽 :70kHz-100dB接纳机噪声电平高，网络分析测试动态范围小接纳机噪声电平小,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phase errormagn error+-网络分析仪测试精度与测试动态范围关系.T/R vs S-Parameter Test SetsRF always comes out port 1port 2 is always receiverresponse

16、, one-port cal availableRF comes out port 1 or port 2forward and reverse measurementstwo-port calibration possibleTransmission/Reflection Test SetPort 1Port 2SourceBRADUTFwdPort 1Port 2Transfer switchSourceBRAS-Parameter Test SetDUTFwdRev.显示处置单元RECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED(A)TRANS

17、MITTED(B)INCIDENT (R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT标识(marker) 读取测试结果极限判别(limit lines)显示比例和标识文件处置.网络分析仪测试根本概念网络分析仪 任务原理误差和校准ENAPNA网络分析仪.网络分析仪丈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可以被定量描画可经过校准消除随机误差随时间随机变化不能经过校准消除引起随机误差的缘由:设备噪声开关反复性衔接器反复性飘移误差校准后仪表性能变化主要由温度变化呵斥经过定期计量消除被测件性能测试数据系统误差随机误差飘移误差

18、.反射参数测试误差分析AB源失配负载失配串扰方向性误差DUT频率呼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接纳机信号= 被测件反射信号+误差信号 . 频响校准 (response校准)=归一化处置(normalization) 简单 只能消除跟踪误差(频响误差) 相当于归一化处置(Datamem, Data/mem) 矢量校准需求测试更多校准件可消除更多误差工程要求矢量测试才干S11MS11ASHORTOPENLOADthruthru校准的根本分类.校准的概念校准网络分析仪误差的过程 丈量参数知的规范件,得到误差项 将测试结果中误差项成份消除

19、反射测试 存在三项误差:方向性,源失配, 反射通道频率呼应 频响校准(引荐规范件: 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: 校准件定义必需和实践校准件相符SHORTOPENLOAD.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衔接Shorts, Open, Loads, Thru单次衔接；多端口校准Single Connection.不同的校准方法总结 不校准 2. 频响校准 3. 1-PORT单端校准 4. FULL 2-PORT双端校准DUTSHORTOPENSHORTOPENSHORTOPENthru方便消除频