網(wǎng)絡(luò)分析儀原理及其應(yīng)用培訓(xùn)資料

1、page 1第一頁(yè)，共41頁(yè)。page 2l網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試基本概念網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試基本概念l網(wǎng)絡(luò)分析儀網(wǎng)絡(luò)分析儀 工作原理工作原理l誤差誤差(wch)和校準(zhǔn)和校準(zhǔn)lENAlPNA第二頁(yè)，共41頁(yè)。page 3雙功器LO LC 濾波器功分器TX IF LC濾波器耦合器隔離器平衡(pnghng)/非平衡(pnghng)轉(zhuǎn)換混頻器LNA放大器SAW 濾波器SAW 濾波器天線(tinxin)射頻(sh pn)前端模塊平衡/非平衡轉(zhuǎn)換第三頁(yè)，共41頁(yè)。page 4 Lightwave入射入射反射反射(fnsh)透射透射(tu sh) RF/MW第四頁(yè)，共41頁(yè)。page 5器件性能的描述(mio sh):

2、 傳輸特性; 反射特性器件傳輸特性/反射特性的指標(biāo)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(hào)功率 網(wǎng)絡(luò)分析儀表顯示結(jié)果工作頻率工作頻率; 信號(hào)功率信號(hào)功率第五頁(yè)，共41頁(yè)。page 6 dB全匹配全匹配(ppi)(ZL = Zo)r rRLVSWR01全反射全反射 (ZL = 開(kāi)路開(kāi)路(kil),短路短路 )0 dB1=ZL-ZOZL+OZ=V反射V輸入=rFG=rG= -20 log(r),VSWR = EmaxEmin=1 + r1 - rEmaxEmin (功率比值功率比值)第六頁(yè)，

3、共41頁(yè)。page 7 0+R+jX-jXRectilinear impedance plane.-90o0o180o+-.2.4.6.81.090o 0 0等電抗等電抗(dinkng)圓圓等電阻等電阻(dinz)圓圓Smith Chart 圓圖上圓圖上 一點(diǎn)一點(diǎn)位置反映對(duì)應(yīng)的位置反映對(duì)應(yīng)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(短路點(diǎn)短路點(diǎn)) Z = L=0 O1G(開(kāi)路點(diǎn)開(kāi)路點(diǎn)) Z = ZoL=0G大電阻區(qū)大電阻區(qū)小電阻區(qū)小電阻區(qū)電感區(qū)電感區(qū)電容區(qū)電容區(qū) Z=R+jx Z=R+jx 第七頁(yè)，共41頁(yè)。page 8RL / RSRSRLRL = R

4、S: 負(fù)載上最大功率負(fù)載上最大功率(gngl)傳輸傳輸 Zs = R + jXZL = Zs* = R - jXRL / RS00.20.40.60.811.2012345678910Load Power (normalized)第八頁(yè)，共41頁(yè)。page 9V傳輸V輸入(shr)傳輸系數(shù)傳輸系數(shù) = T T=VTransmittedVIncident = tf tfDUT增益增益 (dB) = 20 Log VTrans VInc = 20 log t t插入損耗插入損耗 (dB) = - 20 Log VTrans VInc = - 20 log t t第九頁(yè)，共41頁(yè)。page 10Ti

5、meAtoFrequencyf1TimeSin 360 * f * tFrequencyA phase shift = to * 360 * f1fDUT A * Sin 360 * f ( t - t )輸入輸入(shr)輸出輸出TimeFrequencyf1第十頁(yè)，共41頁(yè)。page 11系統(tǒng)頻率系統(tǒng)頻率(pnl)帶寬內(nèi)幅頻特性帶寬內(nèi)幅頻特性為常量為常量MagnitudePhaseFrequencyFrequency系統(tǒng)頻率帶寬內(nèi)相頻特性為線性系統(tǒng)頻率帶寬內(nèi)相頻特性為線性 V = a f( t - to)輸出輸出V = f(t)輸入輸入DUT第十一頁(yè)，共41頁(yè)。page 12網(wǎng)絡(luò)分析儀相位

6、網(wǎng)絡(luò)分析儀相位(xingwi)補(bǔ)償補(bǔ)償+=Frequency(Electrical delay )FrequencyPhase 1 /DivoPhase 45 /DivoFrequency 應(yīng)用應(yīng)用: 測(cè)量器件相位特性 難于定量分析相位特性線性 應(yīng)用應(yīng)用: 便于對(duì)相位特性線性的分析網(wǎng)絡(luò)分析儀的相位補(bǔ)償處理功能：網(wǎng)絡(luò)分析儀的相位補(bǔ)償處理功能： 第十二頁(yè)，共41頁(yè)。page 13in radiansin radians/secin degreesf in Hertz (w = 2 p f)fwfGroup Delay (t )g=-d fd w=-1360od fd f*Frequency群時(shí)延抖

7、動(dòng)群時(shí)延抖動(dòng)(dudng)平均平均(pngjn)時(shí)延時(shí)延totg 網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)測(cè)試(csh)相相/頻頻特性得到器件延遲性能特性得到器件延遲性能GD 抖動(dòng)反映器件相位特性線性抖動(dòng)反映器件相位特性線性GD平均值反映器件的平均時(shí)延平均值反映器件的平均時(shí)延PhasefDfFrequencyDww第十三頁(yè)，共41頁(yè)。page 14PhasePhaseGroup DelayGroup Delay- -d f fd w w- -d f fd w wffff第十四頁(yè)，共41頁(yè)。page 15TransmittedIncident傳輸傳輸(chun sh)特性特性增益增益(zngy)S參數(shù)參

8、數(shù)S21,S12群延時(shí)群延時(shí)Delay傳輸系數(shù)傳輸系數(shù)相位相位PhaseReflectedIncident反射特性反射特性SWRS參數(shù)參數(shù)S11,S22反射系數(shù)反射系數(shù)阻抗阻抗 R+jX, G+jB 反射損耗反射損耗 G, rG, rT,tT,t輸入輸入反射反射輸出輸出RBAAR=BR=第十五頁(yè)，共41頁(yè)。page 16S11=ReflectedIncident=b1a1a2= 0S21=TransmittedIncident=b2a1a2= 0S22=ReflectedIncident=b2a2a1= 0S12=TransmittedIncident=b1a2a1= 0輸入輸入(shr)傳輸

9、傳輸(chun sh)S21S11反射反射b1a1b2Z0Loada2=0DUT正向正向輸入輸入傳輸傳輸S12S22反射反射b2a2ba1=0DUTZ0Load反向反向1S-parameters 電壓線性值定義電壓線性值定義第十六頁(yè)，共41頁(yè)。page 17FrequencyFrequencyTimeTime第十七頁(yè)，共41頁(yè)。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: 輸入功率輸入功率(gngl)增加導(dǎo)致器件增益下降增加導(dǎo)致器件增益下降1dB相對(duì)測(cè)試相對(duì)測(cè)試輸出輸出1dB壓縮點(diǎn)壓縮點(diǎn)(絕對(duì)測(cè)試絕對(duì)測(cè)試) 測(cè)試測(cè)試(csh)功率功率 測(cè)試頻率測(cè)試頻率01dB 輸入輸入1dB壓縮點(diǎn)壓縮點(diǎn)第十八頁(yè)，共41頁(yè)。page 19飽和飽和(boh)工工作電平作電平壓縮工作區(qū)壓縮工作區(qū)線性工作區(qū)線性工作區(qū) (slope = small-signal gain)1dB第十九頁(yè)，共41頁(yè)。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輸入功率對(duì)器件輸入功率對(duì)器件(qjin)相位特性的影相位特性的影響響第二十頁(yè)，共41頁(yè)。page 21l網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試基本概念網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試基本概念l網(wǎng)絡(luò)分析儀網(wǎng)絡(luò)分析儀 工作原理工作原理(yunl)l誤差和校準(zhǔn)誤差和校準(zhǔn)lENAlPNA第二十一頁(yè)，共41頁(yè)。 基本上，網(wǎng)絡(luò)分析儀的架構(gòu)可以分成四大部分：一個(gè)是信基本上，網(wǎng)絡(luò)分析儀

12、的架構(gòu)可以分成四大部分：一個(gè)是信號(hào)的發(fā)射源，另一種為用以分離號(hào)的發(fā)射源，另一種為用以分離(fnl)入射、反射及穿透入射、反射及穿透波的信號(hào)分離波的信號(hào)分離(fnl)電路，第三是將射頻或微波信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，第三是將射頻或微波信號(hào)轉(zhuǎn)換至中頻信號(hào)的接收器，最后是負(fù)責(zé)將偵測(cè)信號(hào)作運(yùn)算處理至中頻信號(hào)的接收器，最后是負(fù)責(zé)將偵測(cè)信號(hào)作運(yùn)算處理的處理器及顯示屏。的處理器及顯示屏。 第二十二頁(yè)，共41頁(yè)。Port 2功率(gngl)分配/開(kāi)關(guān)源R1APort 1R2B衰減器衰減器測(cè)量(cling)接收機(jī)參考接收機(jī)參考接收機(jī)反射信號(hào)(A)傳輸信號(hào)(B)輸入信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào)DUT信號(hào)源信號(hào)源信號(hào)分離裝置信

13、號(hào)分離裝置接收機(jī)接收機(jī)處理顯示單元處理顯示單元第二十三頁(yè)，共41頁(yè)。RAB輸入輸入(shr)源源LO 源源RFN*LO +/- IF反射反射(fnsh)傳輸傳輸輸入?yún)⒖夹盘?hào)輸入?yún)⒖夹盘?hào)輸入信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào)BRAR第二十四頁(yè)，共41頁(yè)。l提供被測(cè)件激勵(lì)信號(hào)提供被測(cè)件激勵(lì)信號(hào)l具備具備(jbi)頻率和功率掃描功能頻率和功率掃描功能l合成源實(shí)現(xiàn)合成源實(shí)現(xiàn)頻率頻率(pnl)合合成源成源ALCALCDriverALC 檢測(cè)檢測(cè)衰減器衰減器源源ALC = 自動(dòng)電平控制自動(dòng)電平控制 (automatic level control)第二十五頁(yè)，共41頁(yè)。l功分器功分器l提供參考信號(hào)提供參考信號(hào)l

14、寬頻率寬頻率(pnl)覆蓋覆蓋6 dB50 W50 W6 dBl定向定向(dn xin)耦合耦合器器l電橋電橋l方向性方向性l低插入損耗低插入損耗Main signalCoupled signalRECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT (R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT 定向耦合器連接端點(diǎn)定向耦合器連接端點(diǎn): 反射特性測(cè)試點(diǎn)反射特性測(cè)試點(diǎn)Test PortDetector第二十六頁(yè)，共41頁(yè)。(入射信號(hào)入射信號(hào)(

15、xnho)泄泄漏漏)(被測(cè)件反射被測(cè)件反射(fnsh)方向方向)定向耦合器定向耦合器(定向耦合器輸入端定向耦合器輸入端)Data MaxAdd in PhaseDeviceDirectivityReturn LossFrequency03060DUT RL = 40 dBCancel Data 0DeviceDirectivityData = Vector SumDirectivityDeviceData Min 被測(cè)件反射信號(hào)被測(cè)件反射信號(hào)與定向耦合器泄漏的與定向耦合器泄漏的 輸入信號(hào)輸入信號(hào)在接收機(jī)端矢量疊加在接收機(jī)端矢量疊加 影響測(cè)試精度影響測(cè)試精度第二十七頁(yè)，共41頁(yè)。300kHz8.

16、5 GHz混頻器前端混頻器前端ADC / DSP幅度幅度+相位信息相位信息第二十八頁(yè)，共41頁(yè)。接收機(jī)帶寬接收機(jī)帶寬(di kun) :70kHz-100dB第二十九頁(yè)，共41頁(yè)。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+-網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試精度網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試精度(jn d)與測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍關(guān)與測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍關(guān)系系第三十頁(yè)，共41頁(yè)。RECEIV

17、ER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT (R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT第三十一頁(yè)，共41頁(yè)。l網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試(csh)基本概念基本概念l網(wǎng)絡(luò)分析儀網(wǎng)絡(luò)分析儀 工作原理工作原理l誤差和校準(zhǔn)誤差和校準(zhǔn)lENAlPNA第三十二頁(yè)，共41頁(yè)。第三十三頁(yè)，共41頁(yè)。AB負(fù)載負(fù)載(fzi)失配失配串?dāng)_串?dāng)_方向性誤差方向性誤差DUT頻率響應(yīng)誤差頻率響應(yīng)誤差l傳輸跟蹤誤差傳輸跟蹤誤差R 單端口共單端口共 6 項(xiàng)誤差項(xiàng)誤差

18、雙端口共雙端口共 12 項(xiàng)誤差項(xiàng)誤差 反射信號(hào)反射信號(hào)第三十四頁(yè)，共41頁(yè)。校準(zhǔn)(jio zhn)的原理在所有網(wǎng)絡(luò)的量測(cè)系統(tǒng)中，都會(huì)有所謂的誤差來(lái)源，他們分別來(lái)自于如纜線、治具及環(huán)境所造成的系統(tǒng)誤差(Systematic Error)，我們假設(shè)它不隨時(shí)間而變(這也代表當(dāng)纜線或治具改變時(shí)，就必須重新(chngxn)作校正)，因此可以用校正模型或數(shù)學(xué)運(yùn)算的方式將其去除，在網(wǎng)絡(luò)中，這些誤差計(jì)有信號(hào)泄漏(Signal Leakage)、信號(hào)反射(Signal Reflection)以及頻率響應(yīng)(Frequency Response)等。另一類誤差為隨機(jī)誤差(Random Error)，它是會(huì)隨著時(shí)間而

19、改變且不可預(yù)期的，如儀器的噪聲位準(zhǔn)、取樣噪聲等，我們無(wú)法對(duì)此類誤差作校正的動(dòng)作，但我們可藉由增加入射訊號(hào)功率、降低中頻濾波器頻寬或使用平均方式來(lái)盡量減少此類誤差。第三種是當(dāng)校正后因使用時(shí)間增加所產(chǎn)生的飄移誤差(Drift Error)，它主要來(lái)自于環(huán)境溫度改變的貢獻(xiàn)，而飄移誤差的大小就決定了何時(shí)必須再做一次的校正工作，若我們可以控制環(huán)境溫度為一穩(wěn)定值，則系統(tǒng)就可以維持在一定的精確度范圍內(nèi)。必須注意的是，以上所述的這些誤差大小會(huì)隨著測(cè)試系統(tǒng)架設(shè)方式而有不同，因此在做每次精確的量測(cè)前，我們建議都必須作校正的動(dòng)作，以下就是探討誤差的來(lái)源及相對(duì)應(yīng)的解決方案。 第三十五頁(yè)，共41頁(yè)。 頻響校準(zhǔn)頻響校準(zhǔn) (response校準(zhǔn)校準(zhǔn))=歸一化處理歸一化處理(normalization) 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單 只能消除跟蹤誤差只能消除跟蹤誤差(頻響誤差頻響誤差) 相當(dāng)于歸一化處理相當(dāng)于歸一化處理(Datamem, Data/mem) 矢量校準(zhǔn)矢量校