現(xiàn)代電子測量-網(wǎng)絡(luò)分析儀

現(xiàn)代電子測量調(diào)制域測量調(diào)制域測量的概念

時間和幅度關(guān)系的測量為時域測量，測量這種關(guān)系特征的儀器就是示波器；信號幅度與頻率的關(guān)系就是信號的頻譜，完成這種測量的儀器稱為頻譜分析儀；分析一個信號頻率或相位與時間之間的關(guān)系為調(diào)制域分析，完成調(diào)制域分析與測量的儀器就是調(diào)制域分析儀。

調(diào)制域測量的概念

調(diào)制域分析儀的功能

顯示信號頻率、相位或其它與時間有關(guān)的參量〔脈沖重復(fù)周期等等〕的動態(tài)特性；可以方便地完成諸如頻偏、調(diào)頻線性度、調(diào)頻抖動、相位和頻率監(jiān)控、鎖相捕獲和跟蹤、壓控振蕩器〔VCO〕調(diào)后漂移、時鐘抖動、脈沖時間參數(shù)的變化等復(fù)雜而困難的測量任務(wù)。調(diào)制域分析儀的工作原理調(diào)制域測量技術(shù)的根本要求是在一段規(guī)定的時間內(nèi)動態(tài)地不間斷地測量信號的頻率；解決這一問題最通用的方法是“無空閑時間計數(shù)器〞，即ZDT〔ZeroDeadTimeCounter〕技術(shù)。ZDT技術(shù)的原理框圖ZDT技術(shù)的關(guān)鍵要保證計數(shù)器連續(xù)工作不受取樣讀數(shù)的影響；精確的事件和時間數(shù)據(jù)結(jié)合在一起就可以描述被測信號的頻率、相位及其它特性參數(shù)的計時特征。

調(diào)制域分析儀的構(gòu)成調(diào)制域分析儀的測頻過程調(diào)制域分析儀的測相過程調(diào)制域分析儀應(yīng)用實例精確的雷達(dá)信號特性測量

調(diào)制域分析儀應(yīng)用實例鎖相環(huán)的特性測量現(xiàn)代電子測量網(wǎng)絡(luò)分析根本概念網(wǎng)絡(luò)分析是通過測量網(wǎng)絡(luò)輸入端和輸出端對頻率掃描和功率掃描測試信號的幅度與相位的影響、來精確表征線性系統(tǒng)特性的一種方法;網(wǎng)絡(luò)分析儀就是完成以一種特定的鼓勵信號作用于被測網(wǎng)絡(luò)并接收和處理網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)信號，計算或量化特定的網(wǎng)絡(luò)模型及參數(shù)的一種儀器。對網(wǎng)絡(luò)分析的測量需求任何網(wǎng)絡(luò)在傳輸信號時，都應(yīng)以最高效率和最小失真使信號從一處傳遞到另一處，由此對網(wǎng)絡(luò)分析提出了需求。

對網(wǎng)絡(luò)分析的測量需求由于線性網(wǎng)絡(luò)可能改變信號各個頻譜分量的幅度或相位關(guān)系，所以有可能改變所通過信號的時間波形。

對網(wǎng)絡(luò)分析的測量需求如果某一濾波器中通過方波輸入信號時造成其第3次諧波的相位倒置，那么輸出波形將更具脈沖特性。對網(wǎng)絡(luò)分析的測量需求非線性網(wǎng)絡(luò)，如飽和、串?dāng)_、互調(diào)及其它非線性影響都能導(dǎo)致信號失真。

矢量測量的必要性為了全面表征線性網(wǎng)絡(luò)，確保無失真?zhèn)鬏?，需要進(jìn)行幅度和相位的測量；為了設(shè)計高效率的匹配網(wǎng)絡(luò)，必須測量復(fù)阻抗；開發(fā)計算機(jī)輔助工程〔CAE〕電路仿真程序模型也需要幅度和相位數(shù)據(jù)進(jìn)行精確模擬。入射功率和反射功率的根本概念網(wǎng)絡(luò)分析儀能精確測量入射能量、反射能量和傳輸能量。史密斯圓圖對一個器件所發(fā)生的反射大小取決于入射信號“看到的〞阻抗。任何阻抗均能用實部和虛部〔R+jX或G＋jB〕表示。功率傳送條件為了將最大功率傳送到負(fù)載，在兩個器件的連接處必須滿足理想的匹配條件。功率傳送條件假設(shè)傳輸線的終端負(fù)載等于其特性阻抗時，便沒有反射信號，傳輸?shù)墓β首畲?。功率傳送條件當(dāng)傳輸線終端開路或短路時，在傳輸線上都會建立駐波，電壓谷值將為0，而電壓峰值將為入射電壓電平的二倍。網(wǎng)絡(luò)的根本參數(shù)分析反射系數(shù)：反射系數(shù)是反射信號電壓電平與入射信號電壓電平之比，用復(fù)反射系數(shù)Γ表示，Γ的幅值稱為ρ。網(wǎng)絡(luò)的根本參數(shù)分析回波損耗〔RL〕：用對數(shù)〔dB〕表示反射系數(shù)的一種方法?；夭〒p耗是反射信號低于入射信號的dB數(shù)。電壓駐波比〔VSWR〕：VSWR定義為射頻包絡(luò)的最大值與最小值之比。是另一個用來表示反射的方法。網(wǎng)絡(luò)的根本參數(shù)分析傳輸系數(shù)：傳輸系數(shù)定義為被傳輸?shù)碾妷撼匀肷潆妷?。網(wǎng)絡(luò)的根本參數(shù)分析群時延：相位失真的一個有用量度是群延時，這個參數(shù)是信號通過被測器件的傳輸時間隨頻率變化的量度。

微波網(wǎng)絡(luò)的表征方法對于低頻電路采用集總參數(shù)的分析方法，利用阻抗參數(shù)Z或?qū)Ъ{參數(shù)Y來表示；在微波頻段，因為采用了波的概念，所以微波網(wǎng)絡(luò)常用S參數(shù)表示。

微波網(wǎng)絡(luò)的表征方法任何雙口網(wǎng)絡(luò)都可以用4個S參數(shù)來表示其端口特性，S參數(shù)的四個下標(biāo)中，第一個表示波出現(xiàn)的端口，第二個表示波進(jìn)入的端口。

微波網(wǎng)絡(luò)的表征方法各S參數(shù)的定義與物理意義微波網(wǎng)絡(luò)的表征方法實際工作中常用到的反射參數(shù)和傳輸參數(shù)均可由S參數(shù)導(dǎo)出。

反射參數(shù)：

或駐波比：微波網(wǎng)絡(luò)的表征方法反射參數(shù)：

反射系數(shù)：輸入端Γ=S11

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

輸出端Z=R+jX=Z0(1+S22)/(1-S22)回波損耗輸入端RL=20lg(1/|S11|)

輸出端RL=20lg(1/|S22|)微波網(wǎng)絡(luò)的表征方法傳輸參數(shù)：

增益G=20lg|S21|衰減L=20lg(1/|S21|)傳輸系數(shù)正向T=S21

反向T=S12傳輸相移正向φ=arctanS21

反向φ=arctanS12時延tan=-dφ/dω

S參數(shù)的測量原理反射參數(shù)測量系統(tǒng)S參數(shù)中的S11和S22用來描述網(wǎng)絡(luò)端口的反射特性，對S11和S22的測量要使用反射參數(shù)測試系統(tǒng)。S參數(shù)的測量原理傳輸參數(shù)測量系統(tǒng)表征網(wǎng)絡(luò)傳輸特性的參量是S21和S12，對它們的測量要使用傳輸參數(shù)測量系統(tǒng)。

S參數(shù)的測量原理幅相接收機(jī)幅相接收機(jī)的作用就是測出參考信號R和測試信號T這兩路信號的幅度之比和兩路信號的相位之差。

S參數(shù)的測量原理幅相接收機(jī)相位測量

S參數(shù)的測量原理定向耦合器定向耦合器由“直通〞路徑和“耦合〞路徑組成，“耦合〞路徑能轉(zhuǎn)移少量沿“直通〞路徑行進(jìn)的功率。耦合因數(shù)(dB)=10log〔正向耦合功率／入射功率〕S參數(shù)的測量原理定向耦合器理想情況下沿反方向經(jīng)過耦合器的信號不應(yīng)出現(xiàn)在耦合端口上。但由于耦合端口之間的有效隔離度，在耦合端口上總會出現(xiàn)某些能量。隔離度(dB)=-10lg〔反向耦合功率／入射功率〕S參數(shù)的測量原理定向電橋定向電橋也能用來測量反射信號；在定向電橋中，假設(shè)所有四個臂的電阻均相等，那么電橋的電壓為零；當(dāng)測試端口接入測試系統(tǒng)的特性阻抗時便會實現(xiàn)平衡。假設(shè)測試端口的阻抗不等于測試系統(tǒng)的特性阻抗，那么電橋兩端的電壓正比于被測器件所呈現(xiàn)的失配。網(wǎng)絡(luò)分析儀的組成網(wǎng)絡(luò)分析儀的種類標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀：只能測量網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性的網(wǎng)絡(luò)分析儀；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：可同時測量被測網(wǎng)絡(luò)的幅度信息和相位信息。

網(wǎng)絡(luò)分析儀的組成標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的比較

標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試裝置反射傳輸S參數(shù)與反射傳輸信號分離器件標(biāo)量電橋、定向耦合器定向耦合器檢測方式二極管檢波方式鎖相接收方式激勵信號源掃頻信號源合成掃頻信號源測量信號類型標(biāo)量幅度測量矢量幅度、相位，群延時測量測量功能少多測量精度低高組成系統(tǒng)簡單復(fù)雜成本低高應(yīng)用環(huán)境大批量生產(chǎn)測量或?qū)嶒炇铱茖W(xué)研究實驗室科學(xué)研究，射頻段率先進(jìn)入大批量生產(chǎn)測量網(wǎng)絡(luò)分析儀的組成原理框圖網(wǎng)絡(luò)分析儀應(yīng)用實例對濾波器進(jìn)行測量網(wǎng)絡(luò)分析儀應(yīng)用實例誤差修正對于濾波器通帶的精確測量常常是重要的。

網(wǎng)絡(luò)分析儀應(yīng)用實例放大器的功率掃描測量除掃頻測量能用來對濾波器作出評估之外，許多網(wǎng)絡(luò)分析儀還能完成適于表征器件的非線性特性的功率掃描測量。

網(wǎng)絡(luò)分析儀應(yīng)用實例放大器的功率掃描測量1dB增益壓縮點：引起放放器增益相對于放大器的小信號增益或線性增益有l(wèi)dB降低時的輸入功率；放大器的ldB增益壓縮點可由顯示