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1、矢量网络分析仪基础,2,S参数网络传输线理论线形和非线性网络分析仪的内部结构校准时域,内容,3,S 参数网络,引言2端口S参数网络简介反射和传输,4,S 参数网络：引言,网络分析网络不是计算机网络，指的是电子器件拓扑网络矢量不是数字调制中的矢量(I/Q)，是指信号具有幅度和相位矢量网络分析仪多半是用来进行器件测量,5,传输能量,入射能量,传输,增益 / 损耗,S-参数,S21, S12,群延迟,传输,系数,插入,相位,反射,SWR,S-参数,S11, S22,反射,系数t,阻抗感抗,R+jX, G+jB,回波,损耗,G, r,T,t,入射能量,反射能量,传输能量,R,B,A,B,R,=,S 参
2、数网络：二端口网络,DUT,6,S 参数网络：二端口网络S参数,b1 =S11 x a1 + S12 x a2,b2 =S22 x a2 + S21 x a1,7,S 参数网络：二端口网络S参数传输,增益 (dB 或 V)插入损耗 (dB 或 V)插入相位 (度)实部和虚部(R+jI)电长度 (m)电延迟 (s)线性相位的偏移 (度)群延迟 (s),8,S 参数网络：二端口网络S参数 反射,回波损耗 (dB)SWR阻抗 (R + j X)反射系数距离(时域）(傅里叶变换),9,S参数网络传输线理论线形和非线性网络分析仪的内部结构校准时域,内容,10,传输线理论：传输线类型,电缆同轴电缆双绞线微
3、带线微带共面波导,11,传输线理论：传输线,理想的传输线(终端连接 Zo),传输线终端连接负载，无反射信号，相当于无限长的传输线。,Vinc,Vref = 0!(所有入射功率都被负载吸收),Zo = 传输线的特性阻抗,ZL = Zo,Zs = Zo,12,传输线理论：驻波比,VSWR,来自激励源的电压 = Vi,低频,反射信号电压 = Vr,中频,高频,阻抗不匹配,不是 50 Ohms,最大电压值和最小电压值之比 VSWR = Emax/Emin= (1 + r)/(1 - r) 反射系数： G= Vr / Vi; r = 1G1,反射系数和阻抗的计算 G = (ZL-Zo) / (ZL +
4、Zo),13,传输线理论：回波损耗,回波损耗,来自信号源的功率 = Pi,反射正比于阻抗匹配,阻抗不匹配,不是 50 Ohms,回波损耗 RL = - 20Lg（ r ）反射系数按电压表示： G = Vr / Vi r = 1G1,Pi,Pr,14,传输线理论：反射参数,15, ,史密斯圆图为阻抗平面图画在极坐标圆图上,.,.2,.4,.6,.8,1.0,极坐标圆图,Z = Zo,L,=,0,G,常熟 X,常熟 R,史密斯圆图,传输线理论：史密斯圆图,16,S参数网络传输线理论线形和非线性网络分析仪的内部结构校准时域,内容,17,线性表现：输入和输出信号相同输出频率只在幅度和相位变化,频率,D
5、UT,输入,输出,非线性表现：输出信号发生畸变输出信号有附加信号,线性和非线性,18,幅度不变在指定的带宽内,幅度,相位,频率,频率,相位不变在指定的带宽内,线性和非线性：线性网络 无失真传输,19,线性和非线性：电子延迟,使用电子延迟 (参考面延长)去除线性相位延迟示例：信号经过滤波器后的相位变化,加入电子延迟长度,=,+,频率,频率,相位响应,相位偏移,频率,20,线性和非线性：群延迟,群延迟波动表示相位失真平均延迟是电子延迟跨度对测量的影响非常重要跨度越窄，分辨率越小，但曲线噪声越大跨度越宽，分辨率越差，但曲线噪声很小,频率,群延迟波动,t,o,相位,P,DP,频率,DF 跨度,F,21
6、,线性和非线性：为什么测量群延迟？,相位波动相同但群延迟不同,22,线性和非线性：有无失真 网络是否线性的标准,饱和、临界、交调、以及其他非线性效应引起的信号失真对系统的影响取绝于系统结构和失真类型和总量,23,线性和非线性：非线性描述,常见的VNA非线性测量：增益压缩点AM/PM谐波交调产物和截点,24,线性和非线性：非线性描述什么是增益压缩?,放大器的增益为有限的在某些点，放大器成为非线性通常P1 dB作为放大器的增益压缩点,25,线性和非线性： 1dB 压缩点测试方法,频率扫描增益压缩测量功率扫描增益压缩测量单频率点多频率点增益压缩测量精度讨论：功率测量是绝对测量，不是相对测量没有进行矢
7、量校准源和负载匹配误差没有校准结论：必须用功率计校准VNA,26,线性和非线性： AM/PM 测量,AM/PM 测量功率扫描测量下的一种测量反映的是幅度调制产生的相位调制或频率变化的相位偏移,27,线性和非线性：多频率点功率扫描压缩测量,功率扫描测量自动测试多达10个 CW 频率点功率扫描增益压缩测量可和功率计测量同样精确,28,线性和非线性：什么是交调失真 IMD?,两个频率相差不大的信号进入系统产生的一种非线性失真多见于有源器件无源器件也有，但电平很低交调产物三阶、五阶、七阶、九阶交调失真讨论失真产物信号有可能干扰其它有用信号失真产物信号造成系统的能源损耗,29,线性和非线性：什么是三阶截
8、点 TOI,截点是推算假定放大器无压缩和交调失真产物的交叉点三阶截点计算PTONE1 = PTONE2PTONE1 + / 2(2/2)PTONE1+(PTONE1 - PUPPER)/2(3 * PTONE1 - PUPPER IMD) / 2Upper Tone(3 * PTONE1 - PUPPER IMD) / 2(3 * 0 dBm - - 42.120dB) / 2+21.06 dBmLower Tone(3 * PTONE2 - PLOWER IMD) / 2(3 * 0 dBm - - 41.927 dB) / 2+ 20.96 dBm,30,S参数网络传输线理论线形和非线性网
9、络分析仪的内部结构校准时域,内容,31,网络分析仪的内部结构：VNA的基本组成,三个主要部分:系统信号源测试座信号测量器件下变频处理将RF到 IF 网络分析仪前面板，显示和存储器分析IF的数字和模拟硬件操作软件,32,网络分析仪的内部结构： VNA的工作原理,每个接收通道都通过线性频率变换保留了幅度和相位信息,33,网络分析仪的内部结构：VNA接收机技术,频率转换幅度和相位测量灵敏度高大动态范围（IF带宽、平均)谐波抑制低噪声,34,S参数网络传输线理论线形和非线性网络分析仪的内部结构校准时域,内容,35,误差分析及其修正校准方法不定量计算,校准：内容,36,校准：随机误差,随时间变化不可预见
10、因此不可校准仪器内的噪声、开关重复性测试电缆和接头的重复性环境温度漂移变化频率和相位的漂移变化,37,校准：系统误差,6个正向和 6个反向构成 12 项误差,38,校准：误差修正类型,归一化修正频率响应方法：曲线存储加运算（/）优点：方便简单；缺点：误差大矢量误差修正可将全部或部分系统误差去除方法：测量多个标准，解误差方程优点：精确；缺点：复杂全部12项（ Full 12-Term）S11, S21, S12, S22单向（1 Path, 2 Port）S21&S11; 或S12&S22反射（Reflection Only）S11; 或S22; 或S11&S22,39,校准：单端口矢量误差校准
11、,只有3个误差修正项：源失配、方向性、反射频响分别测量3个标准，得到3个方程，解出3个误差修正项,40,校准：全双端口12项矢量误差校准,有全部12个误差修正项,41,校准：全双端口12项矢量误差校准,42,校准：误差和校准方法比较,无校准 频响校准 单端口校准 全双端口校准,无误差修正误差太大无实用价值,方便容易对精度要求不高去除的误差项 传输频响,仅用于反射测量对双端口器件，需要有高精度的终端负载去除的误差项： 方向性 源匹配 反射频响,最高精度去除的误差项： 方向性 源、负载匹配 反射、传输频响 隔离度,DUT,DUT,DUT,DUT,单方向双端口校准,单端口和直通2种校准合并注意：没有
12、负载匹配误差修正,43,我们怎么知道这是一个好的校准?,对接测量? 最常用、简单易行用已知器件检查，以确保校准良好 定期检查校准（计量）,44,校准：误差分析,测量误差示例 滤波器测量反射测量不定量: -20 * log (.158 + .100 + .010) = 11.4 dB (-4.6dB) -20 * log (.158 - .100 - .010) = 26.4 dB (+10.4 dB)注意：计算中需要转换所有dB值到线性值,负载匹配18 dB (.126),.158,(.891)(.126)(.891) = .100,VNA,45,S参数网络传输线理论线形和非线性网络分析仪的内
13、部结构校准时域,内容,46,时域测量时域门时域分析应用讨论,时域：内容,47,时域：引言,域时域： 幅度和时间的关系 - 示波器x(t) =F-1Xf(f) = Xf(f) ej2 ft df（反傅立叶变换）频域：幅度和频率的关系- 频谱分析仪、VNA Xf(f) =Fx(t) =x(t)e-j2 ft dt （傅立叶变换）,-,48,时域：引言,对频域数据进行傅立叶反变换：h(t) = - H(f).e j.2.ft df对于矢量网络分析仪频率域的扫描测量，经过傅立叶反变换后可以得到时域上的脉冲信号VNA 时域测量就是将频域通过付立叶反变换测量得到阻抗的不连续性Sitemaster的DTF（
14、Distant To Fault）功能也是VNA时域测量的一部分功能,49,时域：时域中的“门”功能,“门”实际上是时域测量中加滤波器可以同时进行加“门”和“门外”时域测量时域的加“门”和“门外”变换到频域测量,50,时域：时域中的“门”功能电缆和连接器测量,51,时域：时域中的“门”功能电缆和连接器测量,52,时域：时域中的“门”功能电缆和连接器测量,53,时域：时域中的“门”功能电缆和连接器测量,54,时域：时域中的“门”功能滤波器测量,射频输出,射频输入,3 次传播,主波,泄漏,Gate,声表面波滤波器测量门功能,55,时域：滤波器测量,谐振腔滤波器测量时域的谐振点调试,时域,频域,56,时域：上升时间测量示例,57,请提问！,58,谢谢各位！,
