幻灯片 1

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椰充
6 years ago
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1 Agilent 系列网络分析仪 page 1

2 网络分析仪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 page 2

3 系统组成及器件功能 LNA SAW 滤波器平衡 / 非平衡转换混频器 LO LC 滤波器双功器天线功分器射频前端模块 TX IF LC 滤波器隔离器耦合器放大器 SAW 滤波器平衡 / 非平衡转换 page 3

4 射频信号在器件中的传播入射透射反射 Lightwave RF/MW page 4

5 网络分析仪测试要讨论的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, Group delay VSWR, Γ, ρ, 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 page 5

6 反射特性的参数定义 : 反射系数 ( 电压比值 ) Γ = V 反射 V 输入 = ρ Φ = Z L Z O Z L + ZO Z0 0 : 传输线特性阻抗 Z1 1 : 传输线终端负载反射损耗 ( 功率比值 ) 传输信号包络 = -20 log(ρ), ρ = Γ Emax Emin Voltage Standing Wave Ratio VSWR = 驻波比 Emax Emin = 1 + ρ 1 - ρ 全匹配 (ZL = Zo) db ρ 0 1 RL 全反射 (ZL = 开路, 短路 ) 1 VSWR page 6 0 db

7 +jx 史密斯圆图 (Smith Smith Chart) 对阻抗和反射的描述 90 o o 等反射系数圆半径 : 反射大小相角 : 反射相位 0 o. 0 +R 0-90 o -jx Rectilinear impedance plane Z = Zo L Γ = 0 电感区等电抗圆等电阻圆 Smith Chart 圆图上一点位置反映对应的阻抗 (R+jx) 和反射 ( 模和相位 ) Z = 0 L Γ ( 短路点 ) = 1 ±180 O 小电阻区电容区大电阻区 Z = L = Γ 1 Z=R+jx ( 开路点 ) 0 O page 7

8 反射特性的说明 RS RL RL / RS 对于复阻抗 : 功率最大传输效率条件 : ZL = ZS* ( 共轭匹配 ) Load Power (normalized) RL / RS Zs = R + jx ZL = Zs* = R - jx RL = RS: 负载上最大功率传输 page 8

9 传输特性 V 输入 DUT V 传输传输系数 = Τ = V Transmitted VIncident = τ φ 插入损耗 (db) = - 20 Log V Trans = - 20 log τ V Inc 增益 (db) = 20 Log V Trans = 20 log τ V Inc page 9

10 线性器件与非线性器件 A A * Sin 360 * f ( t - t ) Sin 360 * f * t t o A Time phase shift = to * 360 * f 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 Time f 1 Frequency 输入 DUT 输出 f 1 Frequency Time 非线性特性 : 输入 / 输出信号不同频率产生新的频率成份 f 1 Frequency page 10

11 满足波形不失真线性系统波形不失真线性系统的条件 V = f(t) 输入 DUT V = a f( t - to) 输出系统频率带宽内幅频特性为常量系统频率带宽内相频特性为线性 Magnitude Phase Frequency 幅度 / 频率特性要求 Frequency 相位 / 频率特性要求 page 11

12 对系统相位特性相位特性的描述网络分析仪的相位补偿处理功能 : 电延迟功能 ( Electrical delay): 通过时间补偿消除被测件相频特性中线性部分相位偏移 (Phase( offset): 被测件相位特性中加入固定偏置端口延伸 (Port( Extension): 测试仪表端口电延时补偿 o Phase 45 /Div 器件相频特性应用 : Frequency 测量器件相位特性难于定量分析相位特性线性网络分析仪相位补偿 (Electrical delay ) + = Frequency 器件相位非线性应用 : Frequency o Phase 1 /Div 便于对相位特性线性的分析 page 12

13 群时延 Group Delay (GD) Frequency ω t g 群时延抖动 Phase φ Δω t o Δφ aperture 平均时延 Group Delay (t ) g = d φ d ω = 1 φ ω φ in radians in radians/sec in degrees * d φ 360 o d f f in Hertz (ω = 2 π f) Frequency 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 page 13

14 通过群时延群时延指标反映指标反映器件相位线性 Group Delay Group Delay Phase Phase d φ d ω f 相位抖动相同 d φ d ω f f 群延时不同 f page 14

15 完整的器件指标描述输入 R 反射 A 输出 B 反射特性传输特性 Reflected Incident = A R Transmitted Incident = B R SWR 反射损耗增益群延时 Delay S 参数 S11,S22 反射系数 Γ, ρ 阻抗 R+jX, G+jB S 参数 S21,S12 传输系数 Τ,τ 相位 Phase page 15

16 S 参数的定义 b 输入 2 a 1 Z 0 S 21 传输正向 S 11 = S 21 b 1 Reflected Incident = Transmitted Incident S 11 反射 = b 1 a 1 a 2 = 0 = b 2 a 1 a 2 = 0 DUT S 22 = S 12 Reflected Incident = Transmitted Incident a 2 = 0 S-parameters 电压线性值定义 = b 2 a 2 a 1 = 0 = Load b 1 a 2 a 1 = 0 Z 0 Load a 1 = 0 b 1 DUT 传输 S 12 S 22 反射输入 b 2 a 2 反向 page 16

17 器件的非线性失真 Nonlinear Networks 器件饱和, 串扰, 交调等非线性过程非线性过程导致导致传输信号传输信号波形失真 Time Time 输入信号输出信号 Frequency Frequency page 17

18 CH1 S21 C2 器件的功率动态范围 : 1og MAG 1 db/ REF 32 db db 12.3 dbm 输入 1dB 压缩点 0 1dB 1 db compression point: 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 ) 输入 1dB 压缩点 IF BW 3 khz SWP 420 msec START 5dBm CW 902 MHz STOP 15 dbm 测试功率测试频率 page 18

19 器件的功率动态范围 : 输出 1dB 压缩点输出信号功率 (dbm dbm) 1dB 压缩工作区线性工作区 (slope = small-signal gain) 饱和工作电平输入信号功率 (dbm) page 19

20 Amplitude AM / PM 转换对系统的影响 Power sweep 输入功率对器件相位特性的影响 AM (db) Mag(AMin) PM (deg) DUT Test Stimulus Time Amplitude Q AM (db) Mag(AMout) AM - PM Conversion = Mag(PMout) Mag(AMin) (deg/db) PM (deg) Mag(PMout) I Output Response Time AM to PM conversion can cause bit errors page 20

21 网络分析仪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 page 21

22 网络分析仪组成框图源功率分配 / 开关 R1 参考接收机参考接收机 R2 网络分析仪组成网络分析仪组成衰减器 A B 衰减器信号源信号源信号分离装置信号分离装置接收机接收机处理显示单元处理显示单元测量接收机 Port 1 反射信号 (A) 传输信号 (B) Port 2 输入信号 DUT 输出信号

23 网络分析仪测试测试信号流程输入源 LO 源 R输入参考信号 A B N*LO +/- IF 输出信号反射传输 RF 输入信号 A R : 被测件输入端反射特性 B R : 被测件正向传输特性

24 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源功率控制 ALC 频率合成源源功率控制部分 = ALC: 小范围功率调整, 功率扫描 + 衰减器 : 大范围功率调整端口稳定点频输出 : span=0hz, max sweep time Range1 Range2 Range3. 源 ALC Driver ALC 检测 ALC = 自动电平控制 (automatic level control) 衰减器

25 50 Ω 信号分离装置 6 db 50 Ω 6 db 功分器提供参考信号宽频率覆盖 SOURCE Incident Reflected DUT Transmitted Main signal SIGNAL SEPARATION INCIDENT (R) REFLECTED (A) TRANSMITTED (B) RECEIVER / DETECTOR Coupled signal 定向耦合器电桥方向性低插入损耗 PROCESSOR / DISPLAY Detector Test Port 定向耦合器连接端点 : 反射特性测试点

26 定向耦合器用于器件反射性能测试器件反射性能测试 Directivity 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. ( 入射信号泄漏 ) ( 被测件反射方向 ) 反射方向定向耦合器 ( 定向耦合器输入端 ) 被测件端口输入方向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 Return Loss Direc tivity Dev ice DUT RL = 40 db Frequency Data Min Cancel Data 0 Device Directivity Directivity Device Data Max Add in Phase Data = Vector Sum

27 接收机类型 SOURCE Incident Reflected DUT Transmitted Diode Scalar broadband (no phase information) INCIDENT (R) REFLECTED (A) SIGNAL SEPARATION RECEIVER / DETECTOR TRANSMITTED (B) RF DC AC PROCESSOR / DISPLAY Tuned Receiver RF IF = F LO ± F RF ADC / DSP Vector (magnitude and phase) IF Filter LO

28 调谐接收机的特点高灵敏度接收机 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混频器前端 ADC / DSP 幅度 + 相位信息 300kHz 8.5 GHz

29 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 接收机噪声电平小, 网络分析测试动态范围大接收机噪声电平高, 网络分析测试动态范围小

30 网络分析仪测试动态范围和测试精度网络分析仪测试精度与测试动态范围关系 100 Error Due to Interfering Signal 10 - Error (db, deg) magn error phase error Interfering signal (db)

31 T/R vs S-Parameter Test Sets Transmission/Reflection Test Set S-Parameter Test Set Source Source Transfer switch R R A B A B Port 1 Port 2 Port 1 Port 2 Fwd DUT Fwd DUT Rev RF always comes out port 1 port 2 is always receiver response, one-port cal available RF comes out port 1 or port 2 forward and reverse measurements two-port calibration possible

32 显示处理单元 Incident DUT Transmitted SOURCE Reflected SIGNAL SEPARATION INCIDENT (R) REFLECTED (A) TRANSMITTED (B) RECEIVER / DETECTOR PROCESSOR / DISPLAY 标识 (marker) 读取测试结果极限判断 (limit lines) 显示比例和标识文件处理..

33 网络分析仪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

34 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量消除测试数据系统误差随机误差飘移误差被测件性能

35 反射参数测试误差分析 A 接收机信号 = 被测件反射信号 + 误差信号 R 方向性误差 A 反射信号串扰 B DUT 频率响应误差反射跟踪误差传输跟踪误差源失配单端口共 6 项误差双端口共 12 项误差负载失配

36 校准的基本分类频响校准 (response 校准 )= 归一化处理 (normalization) 简单只能消除跟踪误差 ( 频响误差 ) 相当于归一化处理 (Data mem, Data/mem mem) thru 矢量校准需要测试更多校准件可消除更多误差项目要求矢量测试能力 SHORT OPEN LOAD S 11A thru S 11M

37 校准的概念校准网络分析仪误差的过程测量参数已知的标准件, 得到误差项将测试结果中误差项成份消除反射测试存在三项误差 : 方向性, 源失配, 反射通道频率响应频响校准 ( 推荐标准件 : short) 消除频响误差 1-port 单端校准消除 3 项误差反射传输测试 SHORT 存在 12 项误差频响校准 ( 校准件 : through) 消除频响误差 full 2 port 双端口校准消除 12 项误差 cal kit: 定义校准件数据 definition file 用户可定义校准件 : 校准件定义必须和实际校准件相符 OPEN LOAD

38 ENA 支持的校准机械校准件件方式电子校准件 (Ecal) 校准件多次连接 Shorts, Open, Loads, Thru 单次连接 ; 多端口校准 Single Connection

39 不同的校准方法总结 1. 不校准 2. 频响校准 3. 1-PORT 单端校准 4. FULL 2-PORT 双端校准 SHORT SHORT SHORT DUT thru OPEN OPEN OPEN DUT LOAD LOAD LOAD 方便消除频率相应误差不要求高精度传输测试 = 直通反射测试 = 短路 DUT 反射测试消除测试端口所有误差 Directivity Source match Reflection tracking 校准件 : open short load thru DUT 复杂, 校准件多次连接高精度消除测试中所有误差 : Directivity Source, load match Reflection tracking Transmission tracking Crosstalk

40 TRL 校准 Thru-Reflect Reflect-Line TRL 校准的特点 : 双端口校准技术适合非同轴系统测试 (waveguide, fixtures, wafer probing) 与 SOLT 校准使用相同的 12 项误差模型要求网络分析仪 4 接收机, 3 接收机支持 TRL* 校准其它校准方法 : Line-Reflect Reflect-Match (LRM), Thru-Reflect Reflect-Match (TRM)

EPM-442A (Dual ch) E4416A (Single ch) E4417A (Dual ch)

41 网络仪功率校准确保源功率精度保证测试端口输出功率准确与 ENA 兼容的功率计 437B (Single ch) 不同测试通道和测试端口分别 438A (Dual ch) 设置 EPM-441A (Single ch) EPM-442A (Dual ch) E4416A (Single ch) E4417A (Dual ch) E4418A (Single ch) E4418B (Single ch) E4419A (Dual ch) E4419B (Dual ch)

CHCN_8-14_K.indd

CHCN_8-14_K.indd 是德科技矢量网络分析的基本原理应用指南引言 (S ) DC-110 GHz 通信系统中的测量要求 ( ) ( 1) Sin 360º * f * t Input DUT A t o A * Sin 360º * f (t t o ) A phase shift = t o * 360º * f f 1 Output Linear behavior input and output frequencies