《常用仪器基本原理与使用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用仪器基本原理与使用（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、常用仪器的基本原理与使用网络分析仪频谱分析仪8/22/20241常用仪器基本原理与使用目的：了解仪器的原理；讨论怎样规范使用仪器；准确测量；合理保护仪器。8/22/20242常用仪器基本原理与使用关于仪器保护1、不能直接连接仪器接口到直流电源上2、不能将大功率信号直接连接到仪器3、仪器要良好接地4、不能用湿的手操作仪器8/22/20243常用仪器基本原理与使用关于仪器测试1、仪器也是有一定测量误差的2、正确的测试方法才能得到正确的测试结果3、正确的测试结果应该是可以重复的4、不同测试人员测试结果是一致的8/22/20244常用仪器基本原理与使用仪器正确测量v保证仪器是经过校准的1.每一年需校准
2、一次仪器的准确性（到专门的校准点校准）2.每次作测试前需要对仪器作校准v关于测量误差具体要参考仪器手册具体可以参考“Optimizingthespectrumanalyzeramplitudeaccuracy.pdf”v测量人员必须保证测试误差最小化8/22/20245常用仪器基本原理与使用一些常用单位的意义dB相对值，不能独立存在dBc相对载波dBC(carrier):载波，主信号dBm绝对值0dBm=1mW;10dBm=10mWdBuV0dBuV=1uV;20dBuV=10uVppm百万分之一8/22/20246常用仪器基本原理与使用 基本概念v1失真：任何通信系统失真都考虑，纯粹的线性系
3、统、无源器件也一样（在高功率时，如Mixer） 2误差 ：系统误差；随机误差；漂移误差 3无失真传输：要求被测器件在要求的带宽幅度平坦，相位响应呈线性。 4 高频传输：功率以行波的形式传播，特性阻抗等于负载阻抗时以最大功率传播；特性阻抗不等于负载阻抗时部分信号将被反射，形成驻波。 5 Smith chart:恒定电阻的规迹表现为圆，恒定电抗的规迹表现为圆弧，匹配点在圆点。 8/22/20247常用仪器基本原理与使用Z = ZoL= 0GSmith chartGLZ = 0=180 O1(short) Z = L=0 O1G(open) Constant XConstant R8/22/2024
4、8常用仪器基本原理与使用网络分析仪和频谱分析仪的区别.Amplitude RatioFrequency AmplitudeFrequency8563ASPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHzMeasures known signalMeasures unknown signals Network analyzers:lmeasure components, devices, circuits, sub-assemblieslcontain source and receiverldisplay ratioed amplitude and phase(frequenc
5、y or power sweeps)loffer advanced error correction Spectrum analyzers:lmeasure signal amplitude characteristicscarrier level, sidebands, harmonics.)lcan demodulate (& measure) complex signalslare receivers only (single channel)lcan be used for scalar component test (nophase) with tracking gen. or ex
6、t. source(s)8/22/20249常用仪器基本原理与使用网络分析仪的原理与使用v网络分析仪用来测量器件的幅度、相位、群延时、阻抗等v网络分析仪的构成：激励源、信号分离器件、用于检测的接收机、显示器件电路8/22/202410常用仪器基本原理与使用网络分析仪的结构框图RECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT (R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT8/22/202411常用仪器基本原理与使用v1激励源：内置锁相压
7、控振荡器 8/22/202412常用仪器基本原理与使用2 信号分离器件：分功器（电阻性宽带器件，插损大）；定向耦合器（插损小，带宽小）； 定向电桥（测量宽带反射信号，有显著插损）。Test PortDetectordirectional couplersplitterbridgemeasure incident signal for referenceseparate incident and reflected signalsRECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT (R)SIGNALSE
8、PARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT8/22/202413常用仪器基本原理与使用调谐接收机（Tuned Receiver）Vector(magnitude and phase)IF FilterIF = F LOFRFRFLOADC / DSP3 检测的接收机：用调谐接收机技术放大检波，有二极管检波（宽 带）和调谐接收机技术（窄带）。宽带检波适于测量如混频器之类的有内部本振的元件；窄带检波适于测量强抑制性器件如滤波器。 标量分析仪用二极管检波（动态范围小，可测量到-60dBm，最大动态75dB）；8/22/202414常用仪器基本原理与使用
9、Scalar broadband (no phase information)DiodeDCACRF8/22/202415常用仪器基本原理与使用RECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT (R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUTlmarkersllimit lineslpass/fail indicatorsllinear/log formatslgrid/polar/Smith chartsACTIVE CHANNELR
10、ESPONSESTIMULUSENTRYINSTRUMENT STATE R CHANNELR LTSHP-IB STATUSNETWORKANYZER50MH-20GHzPORT 2PORT 18/22/202416常用仪器基本原理与使用CH1 S21&Mlog MAG1 dB/REF 0 dB CorCH2 MEMlog MAGREF 0 dB1 dB/ CorUncorrectedAfter two-port calibrationSTART 2 000.000 MHzSTOP 6 000.000 MHzx212After response calibrationMeasuring fi
11、lter insertion loss8/22/202417常用仪器基本原理与使用High-DynamicRangeMeasurementsCH1START 775.000 000 MHz Cor Avg10 PRmCH1 MEMLOG15 dB/REF 3 dBCH2 MEMLOG15 dB/REF 3 dBCH2START 775.000 000 MHzSTOP 1000.000 000 MHzSTOP 1000.000 000 MHz Cor Avg10 PRm Standard 8753ES8753ES Special Option H168/22/202418常用仪器基本原理与使用网
12、络分析仪的误差vEs： 正向传输源失配误差Es：反向传输源失配误差Ert：正向传输反射跟踪误差Ert：反向传输反射跟踪误差El： 正向传输负载失配误差El：反向传输负载失配误差Ett：正向传输跟踪误差Ett：反向传输跟踪误差Ex： 正向传输隔离误差Ex：反向传输隔离误差8/22/202419常用仪器基本原理与使用网络分析的误差校正v1标量网络分析仪的校正方法：二端口网络中的信号是矢量信号（复信号），而标量网络分析仪只能对矢量信号中的信号幅度进行测量，丢失了信号的相位信息，因此标量网络分析只能用于精度要求不高的场合，同时标量网络分析的修正只能使用幅度校正不能采用矢量校正，（即用电缆直接将检波探头
13、和源输出端口相连），8/22/202420常用仪器基本原理与使用矢量网络分析仪的校正方法v1频率响应修正法。频响修正是直接用直通电缆连接网络仪的输入输出端口进行传输校正的一种方法，这种方法与标量网络分析仪的频响校正方法相同，但是在幅度校正的同时也校正了相位信息，并且矢量网络分析仪是使用比值方法进行测量所以测量精度较标量网络分析仪校正有了更高的精度，由于这种校正方法简单运算量小所以适合生产测试过程中的校正，既提高的测试结果的精度又有很快的测试速度。8/22/202421常用仪器基本原理与使用v2单端口反射校正：在需要测量反射的场合如阻抗测试、反射系数测试，需要对矢量网络分析仪的反射端口进行校正，
14、通过使用校正器件（开路器、短路器、负载）得到在三种条件下的测量结果然后通过网络仪内部的计算机进行运算得到网络的误差数据。8/22/202422常用仪器基本原理与使用网络分析仪反射校准v1.按CALCALMENUS11（或S22视习惯而定），出现图所示的菜单 v vv2.接开路校准件，按OPEN；v3.接短路校准件，按SHORT （注意短路一定要保持和地良好短接）；v4.接50校准件，按LOAD； 5 按下“RESPONSE”键，完成校准。6存储校准8/22/202423常用仪器基本原理与使用仪器显示反射测试回波图驻波图8/22/202424常用仪器基本原理与使用圆图显示8/22/202425常
15、用仪器基本原理与使用8/22/202426常用仪器基本原理与使用网络分析仪传输校准8/22/202427常用仪器基本原理与使用幅度测试8563ASPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHzDUT测试仪器连接Tracking generatorRF inTG outf = IFSpectrum analyzerIFLODUT8/22/202428常用仪器基本原理与使用 Linear electrical length added+yieldsFrequency(Electrical delay function)FrequencyRF filter responseDev
16、iation from linear phasePhase 1 /DivoPhase 45 /DivoFrequencyLow resolutionHigh resolution相位测试8/22/202429常用仪器基本原理与使用阻抗测试v接头一定要接好，拧紧。v一定要校准仪器v分析仪显示的阻抗测试图8/22/202430常用仪器基本原理与使用Frequency Sweep - Filter TestCH1 S11log MAG5 dB/REF 0 dBCENTER 200.000 MHzSPAN 50.000 MHz Return losslog MAG10 dB/REF 0 dBCH1 S
17、21 START .300 000 MHzSTOP 400.000 000 MHz Cor 69.1 dB Stopband rejectionInsertion lossSCH1 21log MAG1 dB/REF 0 dB Cor Cor START 2 000.000 MHzSTOP 6 000.000 MHzx212m1: 4.000 000 GHz -0.16 dBm2-ref: 2.145 234 GHz 0.00 dB1ref28/22/202431常用仪器基本原理与使用8/22/202432常用仪器基本原理与使用Frequency-Translating DevicesMedi
18、um-dynamic range measurements (35 dB)High-dynamic range measurements (100 dB)FilterReference mixerRef out Ref in AttenuatorAttenuatorPower splitterESG-D4000ADUTAttenuator8753ES FilterAttenuatorAttenuatorRef InStart: 900 MHzStop: 650 MHzStart: 100 MHzStop: 350 MHzFixed LO: 1 GHzLO power: 13 dBmFREQ O
19、FFSON offLOMENUDOWNCONVERTERUPCONVERTERRF LORF LOVIEW MEASURERETURN8753ES128/22/202433常用仪器基本原理与使用High-Power AmplifiersSourceBRA+43 dBm max input (20 watts!)PreampAUT8720ES Option 085DUTRef InAUTPreamp8753ES 85118A High-Power Amplifier Test System8/22/202434常用仪器基本原理与使用High-DynamicRangeMeasurementsCH1
20、START 775.000 000 MHz Cor Avg10 PRmCH1 MEMLOG15 dB/REF 3 dBCH2 MEMLOG15 dB/REF 3 dBCH2START 775.000 000 MHzSTOP 1000.000 000 MHzSTOP 1000.000 000 MHz Cor Avg10 PRm Standard 8753ES8753ES Special Option H168/22/202435常用仪器基本原理与使用Multiport Device Test log MAG10 dB/REF 0 dB1_ -1.9248 dBCH1 S21CH1 START 7
21、75.000 000 MHzSTOP 925.000 000 MHzCorHldPRmCH2 S12log MAGREF 0 dB10 dB/CH2 START 775.000 000 MHzSTOP 925.000 000 MHzCorHldPRm11 839.470 000 MHz PASS211_ -1.2468 dB 880.435 000 MHz PASSDuplexer Test - Tx-Ant and Ant-RxMultiport analyzers and test sets:limprove throughput by reducing the number of con
22、nections to DUTs with more than two portslallow simultaneous viewing of two paths (good for tuning duplexers)linclude mechanical or solid-state switches, 50 or 75 ohmsldegrade raw performance so calibration is a must (use two-port cals whenever possible)lAgilent offers a variety of standard and cust
23、om multiport analyzers and test sets8753 H398/22/202436常用仪器基本原理与使用87050E/87075CStandardMultiportTestSetsnForusewith8712Efamilyn50:3MHzto2.2GHz,4,8,or12portsn75:3MHzto1.3GHz,6or12portsnTestSetCalandSelfCaldramaticallyimprovecalibrationtimesnSystemsofferfully-specifiedperformanceattestports Once a mon
24、th:perform a Test Set Cal with external standards to remove systematic errors in the analyzer, test set, cables, and fixtureOnce an hour:automatically perform a SelfCal using internal standards to remove systematic errors in the analyzer and test setDUTFixtureTest Set CalTest Set CalSelfCalSelfCal8/
25、22/202437常用仪器基本原理与使用Power Sweeps - CompressionSaturated output powerOutput Power (dBm)Input Power (dBm)Compression regionLinear region (slope = small-signal gain)8/22/202438常用仪器基本原理与使用CH1 S21 1og MAG 1 dB/ REF 32 dB 30.991 dB 12.3 dBmPower Sweep - Gain Compression0START -10 dBm CW 902.7 MHz STOP 15
26、dBm11 dB compression: input power resulting in 1 dB drop in gain8/22/202439常用仪器基本原理与使用不同样式的网络分析仪8/22/202440常用仪器基本原理与使用E5100A/B Network AnalyzerE5100A/Bl180, 300 MHzleconomicallfast, smallltarget markets: crystals, resonators, filterslequivalent-circuit modelslevaporation-monitor-function option8/22/
27、202441常用仪器基本原理与使用 log MAG10 dB/REF 0 dB1_ -1.9248 dBCH1 S21CH1 START 775.000 000 MHzSTOP 925.000 000 MHzCorHldPRmCH2 S12log MAGREF 0 dB10 dB/CH2 START 775.000 000 MHzSTOP 925.000 000 MHzCorHldPRm11 839.470 000 MHz PASS211_ -1.2468 dB 880.435 000 MHz PASSDuplexer Test - Tx-Ant and Ant-Rx8753 H398/22/
28、202442常用仪器基本原理与使用4395A/4396Bl500 MHz (4395A), 1.8 GHz (4396B)limpedance-measuring optionlfast, FFT-based spectrum analysisltime-gated spectrum-analyzer optionlIBASIClstandard test fixtures8/22/202443常用仪器基本原理与使用8/22/202444常用仪器基本原理与使用频谱分析仪的原理与使用v频谱分析仪的用途：频谱分析仪用来测量信号的特征，主要有载波电平（信号功率）、边带、谐波和相位噪生，周期、波形，通
29、常显示没有处理的原信号的信息。最常用的有谐波失真、双音（tow-tone）交调失真和杂波(spur)探测。8/22/202445常用仪器基本原理与使用频谱仪一些常用术语vRBW(resolutionbandwidth)：分辨带宽vVBW(videobandwidth)：视频带宽vSPAN：扫描带宽vSWEEPTIME：扫描时间8/22/202446常用仪器基本原理与使用频谱仪常用键介绍vPEAK：vSpan:vBW:vSweep:vMark:vAMPLITUDE:8/22/202447常用仪器基本原理与使用频谱分析仪的结构图8/22/202448常用仪器基本原理与使用频谱分析仪工作原理简述v一
30、般频谱仪采用超外差方式，能提供宽的频率覆盖范围，在中频进行信号处理，信号与本振混频当混频信号等于中频时，检波器输出信号被放大并使CRT显示器产生垂直偏转，扫描震荡器保证CRT显示的水平频率轴和本地震荡器调谐同步，它同时驱动水平CRT偏转和调谐LO。目前较先进的频谱仪采用在中频后用高速A/D转换，转换成数字信号进行处理。v实际频谱仪一般采用多级中频。8/22/202449常用仪器基本原理与使用SAInputAttenuatorvAdjustlevelofsignalintothespectrumanalyzerv输入衰减器测试：将输入衰减器测试改变10dB，如果显示的信号不变，则频谱分析仪的压缩
31、对基波或双音信号的测量没有影响。v输入衰减器不影响内部噪声电平（因内部噪声主要是由中放第一级产生），只影响到混频器的信号电平，降低信噪比。希望用可能小的衰减得到最好的信噪比。v输入衰减器不影响显示（中放补偿插损）。8/22/202450常用仪器基本原理与使用SAMixervMixerTranslatestheinputtoahigherfrequencyMixerisnonlinear(Lo-input)isthecriticalfrequencyv其实是一乘法器.8/22/202451常用仪器基本原理与使用Localoscillator(LO)vLOavoltage-controlledos
32、cillatorLOfrequencyiscontrolledbythesweepgeneratorvsweepgeneratorControlsthehorizontaldeflectionofthedisplay8/22/202452常用仪器基本原理与使用SAIFfiltervIntermediatefrequency(IF)filter（RBW）vRBW越小，经过滤波器的噪声就越少，频谱仪噪底也可以越低。v观察对比2个信号，RBW必须比2个信号的间距小v观察微弱信号需要小的RBW，否则信号被噪声湮没了v相同的span，小的RBW扫描时间较长v如果看SCDMA信号，假如RBW10kHz。此
33、时自然整个channel的功率不能被直接读出，SCDMA信号占400多kHz8/22/202453常用仪器基本原理与使用DetectorvFollowthepeakvariationsoftheIFfilteroutputPositivedetector:largestvalueinbindisplayedNegativedetector:smallestvalueinbindisplayedSampledetector:lastvalueinbindisplayed8/22/202454常用仪器基本原理与使用VideoFiltervSmoothesthedisplaybyaveragingt
34、hesignalMakesLOW-LevelsignalseasiertoreadvControlledbyvideobandwidthcontrol(VBW)8/22/202455常用仪器基本原理与使用观察时域SCDMA信号的设置vRBW=300kHz（channelBW=420kHz)vVBW=10kHz(如此显示较清楚）vFREQUENCY=CENTERFREQUENCYvSPAN=0Hz（观察时域信号，频谱仪作示波器用）vSWEEPTIME=30mS（SCDMATX=RX=5ms，如此满屏可以显示3个TXRX时隙，有利于观察）v以后测时域SCDMA信号按照此规定执行原因是不同的设置差别
35、很大，必须按照同一标准，保证测试的一制性。8/22/202456常用仪器基本原理与使用交调测试交调测试RL 0 dBm ATTEN 10 dB 10 dB / DIVCENTER 20.00000 MHz SPAN 10.00 kHzRB 30 Hz VB 30 Hz ST 20 sec LPF8563ASPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHzLPFDUT8/22/202457常用仪器基本原理与使用频谱测量8/22/202458常用仪器基本原理与使用8/22/202459常用仪器基本原理与使用最好灵敏度测试要求v最窄的分辨带宽（RBW）v最小的输入衰减（ATT）v充分利用视频滤波器（VBW）v矛盾：较小的分辨带宽会增加测量时间；0dB输入会增加输入驻波比v应综合考虑8/22/202460常用仪器基本原理与使用判断仪器是否饱和的方法v输入衰减器测试：将输入衰减器测试改变10dB，如果显示的信号不变，则频谱分析仪的压缩对基波或双音信号的测量没有影响。v校准好的仪器理论上是不变的，实际上有很小的差别但仪器饱和后改变衰减器的变化很大8/22/202461常用仪器基本原理与使用
