《安捷倫網絡分析儀》PPT課件.ppt

1、Agilent 系列 網絡分析儀,網絡分析儀測試基本概念 網絡分析儀 工作原理 誤差和校準 ENA PNA,網絡分析儀,LO LC 濾波器,功分器,耦合器,隔離器,平衡/非平衡轉換,混頻器,放大器,天線,射頻前端模塊,系統(tǒng)組成及器件功能,平衡/非平衡轉換,射頻信號在器件中的傳播,Lightwave,入射,反射,透射,RF/MW,網絡分析儀測試要討論的問題,器件性能的描述: 傳輸特性; 反射特性 器件傳輸特性/反射特性的指標定義 ? Gain, Phase, Group delay VSWR, , , Impedance 影響器件傳輸/反射特性的因素 ? 工作頻率 信號功率 網絡分析儀表顯示結果

2、,反射特性,傳輸特性,工作頻率; 信號功率,反射特性的參數(shù)定義:, dB,全匹配 (ZL = Zo),r,RL,VSWR,0,1,全反射 (ZL = 開路,短路 ),0 dB,1,Voltage Standing Wave Ratio,=,=,=,G,=,r,G,= -20 log(r),Emax,Emin,駐波比,反射系數(shù) (電壓比值),反射損耗 (功率比值),Z0 : 傳輸線特性阻抗 Z1 : 傳輸線終端負載,傳輸信號包絡,史密斯圓圖 (Smith Chart) 對阻抗和反射的描述, ,.,.2,.4,.6,.8,1.0,0,等電抗圓,等電阻圓,Smith Chart 圓圖上 一點位置反映

3、對應的阻抗(R+jx)和反射(模和相位),等反射系數(shù)圓 半徑: 反射大小 相角: 反射相位,G,L,Z = 0,=,180,O,1,(短路點),Z =,L,=,0,O,1,G,(開路點),Z = Zo,L,=,0,G,大電阻區(qū),小電阻區(qū),電感區(qū),電容區(qū),Z=R+jx,反射特性的說明,RL / RS,RL = RS: 負載上最大功率傳輸,對于復阻抗: 功率最大傳輸效率條件: ZL = ZS* (共軛匹配),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),傳輸特性,V,輸入,DUT,插入損

4、耗 (dB) = - 20 Log,= - 20 log t,線性器件與非線性器件,線性特性: 輸入信號與輸出信號同頻率 輸出信號幅度和相位會發(fā)生變化,Time,A,t,o,Frequency,DUT,輸入,輸出,Time,Frequency,非線性特性: 輸入/輸出信號不同頻率 產生新的頻率成份,滿足波形不失真線性系統(tǒng)的條件,系統(tǒng)頻率帶寬內幅頻特性為常量,Magnitude,Phase,Frequency,Frequency,幅度/頻率特性要求,相位/頻率特性要求,系統(tǒng)頻率帶寬內相頻特性為線性,V = a f( t - to),輸出,V = f(t),輸入,DUT,對系統(tǒng)相位特性的描述,網絡

5、分析儀相位補償,+,=,Frequency,(Electrical delay ),Frequency,器件相頻特性,器件相位非線性,Frequency,應用: 測量器件相位特性 難于定量分析相位特性線性,應用: 便于對相位特性線性的分析,網絡分析儀的相位補償處理功能： 電延遲功能( Electrical delay）:通過時間補償消除被測件相頻特性中線性部分 相位偏移（Phase offset): 被測件相位特性中加入固定偏置 端口延伸（Port Extension)：測試儀表端口電延時補償,群時延Group Delay (GD),in radians,in radians/sec,in d

6、egrees,f 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,群時延抖動,平均時延,t,o,網絡分析儀通過測試相/頻特性得到器件延遲性能 GD 抖動反映器件相位特性線性 GD平均值反映器件的平均時延,aperture,通過群時延指標反映器件相位線性,相位抖動相同,群延時不同,完整的器件指標描述,Transmitted,Incident,傳輸特性,增益,S參數(shù),S21,S12,群延時,Delay,傳輸系數(shù),相位,Phase,反射特性,SWR,S參數(shù),S11,S22,

7、反射系數(shù),阻抗,R+jX, G+jB,反射損耗,G, r,T,t,輸入,反射,輸出,R,B,A,B,R,=,S參數(shù)的定義,輸入,傳輸,S,21,S,11,反射,b,1,a,1,b,2,a,2,=,0,DUT,正向,輸入,傳輸,S,12,b,2,a,2,b,a,1,=,0,DUT,反向,1,S-parameters 電壓線性值定義,器件的非線性失真 Nonlinear Networks,器件飽和,串擾,交調等非線性過程導致傳輸信號波形失真,CH1 S21 1og MAG 1 dB/ REF 32 dB 30.991 dB 12.3 dBm C2,IF BW 3 kHz SWP 420 msec

8、START 5dBm CW 902 MHz STOP 15 dBm,1 dB compression point: 輸入功率增加導致器件增益下降1dB 相對測試 輸出1dB壓縮點(絕對測試),器件的功率動態(tài)范圍: 輸入1dB壓縮點,測試功率,測試頻率,輸入1dB壓縮點,器件的功率動態(tài)范圍: 輸出1dB壓縮點,飽和工作電平,輸出信號功率 (dBm),輸入信號功率 (dBm),壓縮工作區(qū),線性工作區(qū) (slope = small-signal gain),1dB,AM / PM 轉換對系統(tǒng)的影響,Amplitude,Time,AM,(dB),PM,(deg),Mag(AM,in,),Test St

9、imulus,Amplitude,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,輸入功率對器件相位特性的影響,網絡分析儀測試基本概念 網絡分析儀 工作原理 誤差和校準 ENA PNA,網絡分析儀,網絡分析儀組成框圖,Port 2,功率分配/開關,源,R1,R2,衰減器,衰減器,測量接收機,參考

10、接收機,參考接收機,反射信號 (A),傳輸信號 (B),輸入信號,輸出信號,網絡分析儀組成 信號源 信號分離裝置 接收機 處理顯示單元,網絡分析儀測試信號流程,R,A,B,輸入源,LO 源,RF,N*LO +/- IF,反射,傳輸,輸入參考信號,輸入信號,輸出信號,B,R,:被測件正向傳輸特性,A,R,:被測件輸入端反射特性,信號源,提供被測件激勵信號 具備頻率和功率掃描功能 合成源實現(xiàn),頻率合成源,端口穩(wěn)定點頻輸出: span=0Hz, max sweep time,源功率控制,源功率控制部分= ALC: 小范圍功率調整,功率掃描 + 衰減器: 大范圍功率調整,Range1 Range2 R

11、ange3 .,信號分離裝置,功分器 提供參考信號 寬頻率覆蓋,定向耦合器 電橋 方向性 低插入損耗,Main signal,Coupled signal,RECEIVER / DETECTOR,PROCESSOR / DISPLAY,REFLECTED (A),TRANSMITTED (B),INCIDENT (R),SIGNAL,SEPARATION,SOURCE,Incident,Reflected,Transmitted,DUT,定向耦合器連接端點: 反射特性測試點,Directivity 方向性 反映定向耦合器 分離兩個相反傳輸 方向信號的能力.,被測件端口,(入射信號泄漏),(被測

12、件反射方向),定向耦合器,輸入方向,反射方向,定向耦合器用于器件反射性能測試,(定向耦合器輸入端),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,被測件反射信號 與定向耦合器泄漏的 輸入信號 在接收機端矢量疊加 影響測試精度,接收機類型,Tuned Receiver,Scalar broadband (no phase information),Vec

13、tor (magnitude and phase),高靈敏度接收機 ENA 采用混頻方式接收機 接收機噪聲電平與其接收帶寬有關 網絡分析儀要求大測試動態(tài)范圍 對被測件輸出雜波/諧波有抑制作用 接收機帶寬在測試動態(tài)范圍和測試速度間折衷,調諧接收機的特點,網絡分析儀的測試動態(tài)范圍,接收機帶寬:10Hz,接收機帶寬 :70kHz,-100dB,接收機噪聲電平高，網絡分析測試動態(tài)范圍小,接收機噪聲電平小,網絡分析測試動態(tài)范圍大,網絡分析儀測試動態(tài)范圍和測試精度,網絡分析儀測試精度與測試動態(tài)范圍關系,T/R vs S-Parameter Test Sets,顯示處理單元,RECEIVER / DETEC

14、TOR,PROCESSOR / DISPLAY,REFLECTED (A),TRANSMITTED (B),INCIDENT (R),SIGNAL,SEPARATION,SOURCE,Incident,Reflected,Transmitted,DUT,標識(marker) 讀取測試結果 極限判斷(limit lines) 顯示比例和標識 文件處理 .,網絡分析儀測試基本概念 網絡分析儀 工作原理 誤差和校準 ENA PNA,網絡分析儀,網絡分析儀測量誤差,系統(tǒng)誤差 由于測試儀表原理或測試設備引起 變化有規(guī)律 能夠被定量描述 可通過校準消除 隨機誤差 隨時間隨機變化 不能通過校準消除 引起隨機

15、誤差的原因: 設備噪聲 開關重復性 連接器重復性 飄移誤差 校準后儀表性能變化 主要由溫度變化造成 通過定期計量消除,被測件 性能,測試數(shù)據(jù),系統(tǒng)誤差,隨機誤差,飄移誤差,反射參數(shù)測試誤差分析,A,B,源失配,負載失配,串擾,方向性誤差,DUT,頻率響應誤差 反射跟蹤誤差 傳輸跟蹤誤差,R,單端口共 6 項誤差 雙端口共 12 項誤差,反射信號,A接收機信號= 被測件反射信號+誤差信號,頻響校準 (response校準)= 歸一化處理(normalization) 簡單 只能消除跟蹤誤差(頻響誤差) 相當于歸一化處理(Datamem, Data/mem) 矢量校準 需要測試更多校準件 可消除更

16、多誤差項目 要求矢量測試能力,SHORT,OPEN,LOAD,校準的基本分類,校準的概念,校準網絡分析儀誤差的過程 測量參數(shù)已知的標準件,得到誤差項 將測試結果中誤差項成份消除 反射測試 存在三項誤差:方向性,源失配, 反射通道頻率響應 頻響校準(推薦標準件: short)消除頻響誤差 1-port 單端校準 消除3項誤差 反射傳輸測試 存在12項誤差 頻響校準( 校準件: through) 消除頻響誤差 full 2 port 雙端口校準消除12項誤差 cal kit: 定義校準件數(shù)據(jù) definition file 用戶可定義校準件: 校準件定義必須和實際校準件相符,ENA 支持的校準件方

17、式,電子校準件(Ecal),機械校準件,校準件多次連接 Shorts, Open, Loads, Thru,單次連接；多端口校準 Single Connection,不同的校準方法總結,不校準 2. 頻響校準 3. 1-PORT單端校準 4. FULL 2-PORT雙端校準,DUT,SHORT,OPEN,SHORT,OPEN,SHORT,OPEN,方便 消除頻率相應誤差 不要求高精度 傳輸測試=直通 反射測試=短路,反射測試 消除測試端口所有誤差 Directivity Source match Reflection tracking 校準件: open short load,復雜,校準件多次連接 高精度 消除測試中所有誤差: Directivity Source, load match Reflection tracking Transmission tracking Crosstalk,DUT,DUT,DUT,LOAD,LOAD,LOAD,TRL校準 Thru-Reflect-Line,TRL校準的特點: 雙端口校準技術 適合非同軸系統(tǒng)測試 (waveguide, fixtures, wafer probing) 與SOLT 校準使用相同的12項誤差模型 要求網絡分析儀 4 接收機, 3 接收機支持TRL*校準 其它