安捷伦网络分析仪原理培训

page1Agilent系列网络分析仪page2网络分析仪测试基本概念网络分析仪工作原理误差和校准ENAPNA网络分析仪page3双功器LOLC滤波器功分器TXIFLC滤波器耦合器隔离器平衡/非平衡转换混频器LNA放大器SAW滤波器SAW滤波器天线射频前端模块系统组成及器件功能平衡/非平衡转换page4射频信号在器件中的传播Lightwave入射反射透射RF/MWpage5网络分析仪测试要讨论的问题器件性能的描述:传输特性;反射特性器件传输特性/反射特性的指标定义?Gain,Phase,GroupdelayVSWR,,,Impedance影响器件传输/反射特性的因素?工作频率信号功率网络分析仪表显示结果反射特性传输特性工作频率;信号功率page6反射特性的参数定义:dB全匹配(ZL=Zo)RLVSWR01全反射(ZL=开路,短路)0dB1VoltageStandingWaveRatio=ZL-ZOZL+OZ=V反射V输入=F==-20log(),VSWR=EmaxEmin=1+1-EmaxEmin驻波比反射系数(电压比值)反射损耗(功率比值)Z0:传输线特性阻抗Z1:传输线终端负载传输信号包络page7史密斯圆图(SmithChart)对阻抗和反射的描述0+R+jX-jXRectilinearimpedanceplane.-90o0o180o+-.2.4.6.81.090o0等电抗圆等电阻圆SmithChart圆图上一点位置反映对应的阻抗(R+jx)和反射(模和相位)等反射系数圆半径:反射大小相角:反射相位LZ=0=±180O1(短路点)Z=L=0O1(开路点)Z=ZoL=0大电阻区小电阻区电感区电容区Z=R+jxpage8反射特性的说明RL/RSRSRLRL=RS:负载上最大功率传输Zs=R+jXZL=Zs*=R-jX对于复阻抗:功率最大传输效率条件:ZL=ZS*(共轭匹配)RL/RS00.20.40.60.811.2012345678910LoadPower(normalized)page9传输特性V传输V输入传输系数=T=VTransmittedVIncident=DUT增益(dB)=20LogVTransVInc=20log插入损耗(dB)=-20LogVTransVInc=-20logpage10线性器件与非线性器件线性特性:输入信号与输出信号同频率输出信号幅度和相位会发生变化TimeAtoFrequencyf1TimeSin360*f*t°FrequencyAphaseshift=to*360*f°1fDUTA*Sin360*f(t-t)°°输入输出TimeFrequency非线性特性:输入/输出信号不同频率产生新的频率成份f1page11满足波形不失真线性系统的条件系统频率带宽内幅频特性为常量MagnitudePhaseFrequencyFrequency幅度/频率特性要求相位/频率特性要求系统频率带宽内相频特性为线性V=af(t-to)输出V=f(t)输入DUTpage12对系统相位特性的描述网络分析仪相位补偿+=Frequency(Electricaldelay)Frequency器件相频特性器件相位非线性Phase1/DivoPhase45/DivoFrequency应用:测量器件相位特性难于定量分析相位特性线性应用:便于对相位特性线性的分析网络分析仪的相位补偿处理功能：•电延迟功能(Electricaldelay）:通过时间补偿消除被测件相频特性中线性部分•相位偏移（Phaseoffset):被测件相位特性中加入固定偏置•端口延伸（PortExtension)：测试仪表端口电延时补偿page13群时延GroupDelay(GD)inradiansinradians/secindegreesfinHertz(w=2pf)wGroupDelay(t)g=-ddw=-1360oddf*Frequency群时延抖动平均时延totg网络分析仪通过测试相/频特性得到器件延迟性能GD抖动反映器件相位特性线性GD平均值反映器件的平均时延PhaseDFrequencyDwwaperturepage14PhasePhaseGroupDelayGroupDelay-ddw-ddwffff通过群时延指标反映器件相位线性相位抖动相同群延时不同page15完整的器件指标描述TransmittedIncident传输特性增益S参数S21,S12群延时Delay传输系数相位PhaseReflectedIncident反射特性SWRS参数S11,S22反射系数阻抗R+jX,G+jB反射损耗,T,输入反射输出RBAAR=BR=page16S参数的定义S11=ReflectedIncident=b1a1a2=0S21=TransmittedIncident=b2a1a2=0S22=ReflectedIncident=b2a2a1=0S12=TransmittedIncident=b1a2a1=0输入传输S21S11反射b1a1b2Z0Loada2=0DUT正向输入传输S12S22反射b2a2ba1=0DUTZ0Load反向1S-parameters电压线性值定义page17器件的非线性失真NonlinearNetworks器件饱和,串扰,交调等非线性过程导致传输信号波形失真FrequencyFrequencyTimeTime输入信号输出信号page18CH1S211ogMAG1dB/REF32dB30.991dB12.3dBmC2IFBW3kHzSWP420msecSTART5dBmCW902MHzSTOP15dBm1dBcompressionpoint:输入功率增加导致器件增益下降1dB相对测试输出1dB压缩点(绝对测试)器件的功率动态范围:输入1dB压缩点测试功率测试频率01dB输入1dB压缩点page19器件的功率动态范围:输出1dB压缩点饱和工作电平输出信号功率(dBm)输入信号功率(dBm)压缩工作区线性工作区(slope=small-signalgain)1dBpage20AM/PM转换对系统的影响AmplitudeTimeAM(dB)PM(deg)Mag(AMin)TestStimulusAmplitudeTimeAM(dB)PM(deg)Mag(AMout)Mag(PMout)OutputResponseAM-PMConversion=Mag(PMout)Mag(AMin)(deg/dB)DUTPowersweepIQAMtoPMconversioncancausebiterrors输入功率对器件相位特性的影响page21网络分析仪测试基本概念网络分析仪工作原理误差和校准ENAPNA网络分析仪网络分析仪组成框图Port2功率分配/开关源R1APort1R2B衰减器衰减器测量接收机参考接收机参考接收机反射信号(A)传输信号(B)输入信号输出信号DUT网络分析仪组成•信号源•信号分离装置•接收机•处理显示单元网络分析仪测试信号流程RAB输入源LO源RFN*LO+/-IF反射传输输入参考信号输入信号输出信号BR:被测件正向传输特性AR:被测件输入端反射特性信号源提供被测件激励信号具备频率和功率扫描功能合成源实现频率合成源端口稳定点频输出:span=0Hz,maxsweeptimeALCALCDriverALC检测衰减器源ALC=自动电平控制(automaticlevelcontrol)源功率控制源功率控制部分=ALC:小范围功率调整,功率扫描+衰减器:大范围功率调整Range1Range2Range3….信号分离装置功分器提供参考信号宽频率覆盖6dB50W50W6dB定向耦合器电桥方向性低插入损耗MainsignalCoupledsignalRECEIVER/DETECTORPROCESSOR/DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT(R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT定向耦合器连接端点:反射特性测试点TestPortDetectorDirectivity方向性反映定向耦合器分离两个相反传输方向信号的能力.被测件端口(入射信号泄漏)(被测件反射方向)定向耦合器输入方向反射方向定向耦合器用于器件反射性能测试(定向耦合器输入端)DataMaxAddinPhaseDeviceDirectivityReturnLossFrequency03060DUTRL=40dBCancelData0DeviceDirectivityData=VectorSumDirectivityDeviceDataMin被测件反射信号与定向耦合器泄漏的输入信号在接收机端矢量叠加影响测试精度接收机类型TunedReceiverScalarbroadband(nophaseinformation)Vector(magnitudeandphase)DiodeDCACRFIFFilterIF=FLOFRF±RFLOADC/DSPRECEIVER/DETECTORPROCESSOR/DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT(R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT高灵敏度接收机ENA采用混频方式接收机接收机噪声电平与其接收带宽有关网络分析仪要求大测试动态范围对被测件输出杂波/谐波有抑制作用接收机带宽在测试动态范围和测试速度间折衷300kHz8.5GHz调谐接收机的特点混频器前端ADC/DSP幅度+相位信息网络分析仪的测试动态范围接收机带宽:10Hz接收机带宽:70kHz-100dB接收机噪声电平高，网络分析测试动态范围小接收机噪声电平小,网络分析测试动态范围大网络分析仪测试动态范围和测试精度ErrorDuetoInterferingSignal0.0010.010.11101000-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65-70Interferingsignal(dB)Error(dB,deg)phaseerrormagnerror+-网络分析仪测试精度与测试动态范围关系T/RvsS-ParameterTestSetsRFalwayscomesoutport1port2isalwaysreceiverresponse,one-portcalavailableRFcomesoutport1orport2forwardandreversemeasurementstwo-portcalibrationpossibleTransmission/ReflectionTestSetPort1Port2SourceBRADUTFwdPort1Port2TransferswitchSourceBRAS-ParameterTestSetDUTFwdRev显示处理单元RECEIVER/DETECTORPROCESSOR/DISPLAYREFLECTED(A)TRANSMITTED(B)INCIDENT(R)SIGNALSEPARATIONSOURCEIncidentReflectedTransmittedDUT标识(marker)读取测试结果极限判断(limitlines)显示比例和标识文件处理………..网络分析仪测试基本概念网络分析仪工作原理误差和校准ENAPNA网络分析仪网络分析仪测量误差系统误差由于测试仪表原理或测试设备引起变化有规律能够被定量描述可通过校准消除随机误差随时间随机变化不能通过校准消除引起随机误差的原因:设备噪声开关重复性连接器重复性飘移误差校准后仪表性能变化主要由温度变化造成通过定期计