现代电子测量-网络分析仪

现代电子测量调制域测量调制域测量的概念

时间和幅度关系的测量为时域测量，测量这种关系特征的仪器就是示波器；信号幅度与频率的关系就是信号的频谱，完成这种测量的仪器称为频谱分析仪；分析一个信号频率或相位与时间之间的关系为调制域分析，完成调制域分析与测量的仪器就是调制域分析仪。

调制域测量的概念

调制域分析仪的功能

显示信号频率、相位或其它与时间有关的参量〔脉冲重复周期等等〕的动态特性；可以方便地完成诸如频偏、调频线性度、调频抖动、相位和频率监控、锁相捕获和跟踪、压控振荡器〔VCO〕调后漂移、时钟抖动、脉冲时间参数的变化等复杂而困难的测量任务。调制域分析仪的工作原理调制域测量技术的根本要求是在一段规定的时间内动态地不间断地测量信号的频率；解决这一问题最通用的方法是“无空闲时间计数器〞，即ZDT〔ZeroDeadTimeCounter〕技术。ZDT技术的原理框图ZDT技术的关键要保证计数器连续工作不受取样读数的影响；精确的事件和时间数据结合在一起就可以描述被测信号的频率、相位及其它特性参数的计时特征。

调制域分析仪的构成调制域分析仪的测频过程调制域分析仪的测相过程调制域分析仪应用实例精确的雷达信号特性测量

调制域分析仪应用实例锁相环的特性测量现代电子测量网络分析根本概念网络分析是通过测量网络输入端和输出端对频率扫描和功率扫描测试信号的幅度与相位的影响、来精确表征线性系统特性的一种方法;网络分析仪就是完成以一种特定的鼓励信号作用于被测网络并接收和处理网络的响应信号，计算或量化特定的网络模型及参数的一种仪器。对网络分析的测量需求任何网络在传输信号时，都应以最高效率和最小失真使信号从一处传递到另一处，由此对网络分析提出了需求。

对网络分析的测量需求由于线性网络可能改变信号各个频谱分量的幅度或相位关系，所以有可能改变所通过信号的时间波形。

对网络分析的测量需求如果某一滤波器中通过方波输入信号时造成其第3次谐波的相位倒置，那么输出波形将更具脉冲特性。对网络分析的测量需求非线性网络，如饱和、串扰、互调及其它非线性影响都能导致信号失真。

矢量测量的必要性为了全面表征线性网络，确保无失真传输，需要进行幅度和相位的测量；为了设计高效率的匹配网络，必须测量复阻抗；开发计算机辅助工程〔CAE〕电路仿真程序模型也需要幅度和相位数据进行精确模拟。入射功率和反射功率的根本概念网络分析仪能精确测量入射能量、反射能量和传输能量。史密斯圆图对一个器件所发生的反射大小取决于入射信号“看到的〞阻抗。任何阻抗均能用实部和虚部〔R+jX或G＋jB〕表示。功率传送条件为了将最大功率传送到负载，在两个器件的连接处必须满足理想的匹配条件。功率传送条件假设传输线的终端负载等于其特性阻抗时，便没有反射信号，传输的功率最大。功率传送条件当传输线终端开路或短路时，在传输线上都会建立驻波，电压谷值将为0，而电压峰值将为入射电压电平的二倍。网络的根本参数分析反射系数：反射系数是反射信号电压电平与入射信号电压电平之比，用复反射系数Γ表示，Γ的幅值称为ρ。网络的根本参数分析回波损耗〔RL〕：用对数〔dB〕表示反射系数的一种方法。回波损耗是反射信号低于入射信号的dB数。电压驻波比〔VSWR〕：VSWR定义为射频包络的最大值与最小值之比。是另一个用来表示反射的方法。网络的根本参数分析传输系数：传输系数定义为被传输的电压除以入射电压。网络的根本参数分析群时延：相位失真的一个有用量度是群延时，这个参数是信号通过被测器件的传输时间随频率变化的量度。

微波网络的表征方法对于低频电路采用集总参数的分析方法，利用阻抗参数Z或导纳参数Y来表示；在微波频段，因为采用了波的概念，所以微波网络常用S参数表示。

微波网络的表征方法任何双口网络都可以用4个S参数来表示其端口特性，S参数的四个下标中，第一个表示波出现的端口，第二个表示波进入的端口。

微波网络的表征方法各S参数的定义与物理意义微波网络的表征方法实际工作中常用到的反射参数和传输参数均可由S参数导出。

反射参数：

或驻波比：微波网络的表征方法反射参数：

反射系数：输入端Γ=S11

输出端Γ=S22阻抗：输入端Z=R+jX=Z0(1+S11)/(1-S11)

输出端Z=R+jX=Z0(1+S22)/(1-S22)回波损耗输入端RL=20lg(1/|S11|)

输出端RL=20lg(1/|S22|)微波网络的表征方法传输参数：

增益G=20lg|S21|衰减L=20lg(1/|S21|)传输系数正向T=S21

反向T=S12传输相移正向φ=arctanS21

反向φ=arctanS12时延tan=-dφ/dω

S参数的测量原理反射参数测量系统S参数中的S11和S22用来描述网络端口的反射特性，对S11和S22的测量要使用反射参数测试系统。S参数的测量原理传输参数测量系统表征网络传输特性的参量是S21和S12，对它们的测量要使用传输参数测量系统。

S参数的测量原理幅相接收机幅相接收机的作用就是测出参考信号R和测试信号T这两路信号的幅度之比和两路信号的相位之差。

S参数的测量原理幅相接收机相位测量

S参数的测量原理定向耦合器定向耦合器由“直通〞路径和“耦合〞路径组成，“耦合〞路径能转移少量沿“直通〞路径行进的功率。耦合因数(dB)=10log〔正向耦合功率／入射功率〕S参数的测量原理定向耦合器理想情况下沿反方向经过耦合器的信号不应出现在耦合端口上。但由于耦合端口之间的有效隔离度，在耦合端口上总会出现某些能量。隔离度(dB)=-10lg〔反向耦合功率／入射功率〕S参数的测量原理定向电桥定向电桥也能用来测量反射信号；在定向电桥中，假设所有四个臂的电阻均相等，那么电桥的电压为零；当测试端口接入测试系统的特性阻抗时便会实现平衡。假设测试端口的阻抗不等于测试系统的特性阻抗，那么电桥两端的电压正比于被测器件所呈现的失配。网络分析仪的组成网络分析仪的种类标量网络分析仪：只能测量网络的幅频特性的网络分析仪；矢量网络分析仪：可同时测量被测网络的幅度信息和相位信息。

网络分析仪的组成标量网络分析仪与矢量网络分析仪的比较

标量网络分析仪矢量网络分析仪测试装置反射传输S参数与反射传输信号分离器件标量电桥、定向耦合器定向耦合器检测方式二极管检波方式锁相接收方式激励信号源扫频信号源合成扫频信号源测量信号类型标量幅度测量矢量幅度、相位，群延时测量测量功能少多测量精度低高组成系统简单复杂成本低高应用环境大批量生产测量或实验室科学研究实验室科学研究，射频段率先进入大批量生产测量网络分析仪的组成原理框图网络分析仪应用实例对滤波器进行测量网络分析仪应用实例误差修正对于滤波器通带的精确测量常常是重要的。

网络分析仪应用实例放大器的功率扫描测量除扫频测量能用来对滤波器作出评估之外，许多网络分析仪还能完成适于表征器件的非线性特性的功率扫描测量。

网络分析仪应用实例放大器的功率扫描测量1dB增益压缩点：引起放放器增益相对于放大器的小信号增益或线性增益有ldB降低时的输入功率；放大器的ldB增益压缩点可由显示