常用仪器基本的原理与使用

2020/2/21常用仪器的基本原理与使用网络分析仪频谱分析仪2020/2/22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。2020/2/23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2020/2/24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2020/2/25仪器正确测量保证仪器是经过校准的1.每一年需校准一次仪器的准确性（到专门的校准点校准）2.每次作测试前需要对仪器作校准关于测量误差具体要参考仪器手册具体可以参考“Optimizingthespectrumanalyzeramplitudeaccuracy.pdf”测量人员必须保证测试误差最小化2020/2/26一些常用单位的意义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百万分之一2020/2/27基本概念1失真：任何通信系统失真都考虑，纯粹的线性系统、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。5Smithchart: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。2020/2/28Z=ZoL=0GSmithchartGLZ=0=±180O1(short)Z=L=0O1G(open)ConstantXConstantR2020/2/29网络分析仪和频谱分析仪的区别.AmplitudeRatioFrequencyAmplitudeFrequency8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHzMeasuresknownsignalMeasuresunknownsignalsNetworkanalyzers:measurecomponents,devices,circuits,sub-assembliescontainsourceandreceiverdisplayratioedamplitudeandphase(frequencyorpowersweeps)offeradvancederrorcorrectionSpectrumanalyzers:measuresignalamplitudecharacteristicscarrierlevel,sidebands,harmonics...)candemodulate(&measure)complexsignalsarereceiversonly(singlechannel)canbeusedforscalarcomponenttest(nophase)withtrackinggen.orext.source(s)2020/2/210网络分析仪的原理与使用网络分析仪用来测量器件的幅度、相位、群延时、阻抗等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2020/2/211网络分析仪的结构框图RECEIVER/DETECTORPROCESSOR/DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT(R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT2020/2/2121激励源：内置锁相压控振荡器2020/2/2132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）。TestPortDetectordirectionalcouplersplitterbridge•measureincidentsignalforreference•separateincidentandreflectedsignalsRECEIVER/DETECTORPROCESSOR/DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT(R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT2020/2/214调谐接收机（TunedReceiver）Vector(magnitudeandphase)IFFilterIF=FLOFRF±RFLOADC/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）；2020/2/215Scalarbroadband(nophaseinformation)DiodeDCACRF2020/2/216RECEIVER/DETECTORPROCESSOR/DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT(R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUTCH1S21logMAG10dB/REF0dBCH1START775.000000MHzSTOP925.000000MHzCorHldPRmCH2S12logMAGREF0dB10dB/CH2START775.000000MHzSTOP925.000000MHzDuplexerTest-Tx-AntandAnt-RxCorHldPRm111_-1.9248dB839.470000MHzPASS211_-1.2468dB880.435000MHzPASSmarkerslimitlinespass/failindicatorslinear/logformatsgrid/polar/SmithchartsACTIVECHANNELRESPONSESTIMULUSENTRYINSTRUMENTSTATERCHANNELRLTSHP-IBSTATUSNETWORKANYZER50MH-20GHzPORT2PORT1CH1S21logMAG10dB/REF0dBCH1START775.000000MHzSTOP925.000000MHzCorHldPRmCH2S12logMAGREF0dB10dB/CH2START775.000000MHzSTOP925.000000MHzDuplexerTest-Tx-AntandAnt-RxCorHldPRm111_-1.9248dB839.470000MHzPASS211_-1.2468dB880.435000MHzPASS2020/2/217CH1S21&MlogMAG1dB/REF0dBCorCH2MEMlogMAGREF0dB1dB/CorUncorrectedAftertwo-portcalibrationSTART2000.000MHzSTOP6000.000MHzx212AfterresponsecalibrationMeasuringfilterinsertionloss2020/2/218High-DynamicRangeMeasurementsCH1START775.000000MHzCorAvg10PRmCH1MEMLOG15dB/REF3dBCH2MEMLOG15dB/REF3dBCH2START775.000000MHzSTOP1000.000000MHzSTOP1000.000000MHzCorAvg10•PRm••Standard8753ES8753ESSpecialOptionH162020/2/219网络分析仪的误差Es：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2020/2/220网络分析的误差校正1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和源输出端口相连），2020/2/221矢量网络分析仪的校正方法1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。2020/2/2222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，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。2020/2/223网络分析仪反射校准1.按CAL→CALMENU→S11（或S22视习惯而定），出现图所示的菜单2.接开路校准件，按OPEN；3.接短路校准件，按SHORT（注意短路一定要保持和地良好短接）；4.接50Ω校准件，按LOAD；5按下“RESPONSE”键，完成校准。6存储校准2020/2/224仪器显示反射测试回波图驻波图2020/2/225圆图显示2020/2/2262020/2/227网络分析仪传输校准2020/2/228幅度测试8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHzDUT测试仪器连接TrackinggeneratorRFinTGoutf=IFSpectrumanalyzerIFLODUT2020/2/229Linearelectricallengthadded+yieldsFrequency(Electricaldelayfunction)FrequencyRFfilterresponseDeviationfromlinearphasePhase1/DivoPhase45/DivoFrequencyLowresolutionHighresolution相位测试2020/2/230阻抗测试接头一定要接好，拧紧。一定要校准仪器分析仪显示的阻抗测试图2020/2/231FrequencySweep-FilterTestCH1S11logMAG5dB/REF0dBCENTER200.000MHzSPAN50.000MHzReturnlosslogMAG10dB/REF0dBCH1S21START.300000MHzSTOP400.000000MHzCor69.1dBStopbandrejectionInsertionlossSCH121logMAG1dB/REF0dBCorCorSTART2000.000MHzSTOP6000.000MHzx212m1:4.000000GHz-0.16dBm2-ref:2.145234GHz0.00dB1ref22020/2/2322020/2/233Frequency-TranslatingDevicesMedium-dynamicrangemeasurements(35dB)High-dynamicrangemeasurements(100dB)FilterReferencemixerRefo