网络分析仪原理及测量阻抗

网络分析器配置方框图图1显示了网络分析器内部方框图。网络分析器要完成测量目标传输/反射特性测试，请包括：1.这里的信号源；提供主体的这里输入信号2.信号分离装置(包括配电装置和定向耦合器)分别提取测试目标输入和反射信号。接收器；测试主体的反射、传输、输入信号。显示设备处理；处理并显示测试结果。图1网络分析器方框图传输特性是网络分析器要完成测试，必须分别接收主体的输入激发信号和输出信号信息的输入激发与输入女人的相对比率。网络分析器内部信号源负责生成满足测试频率和功率要求的激发信号。由于信号源输出通过配电装置分割为两个信号，一个直接进入r接收器，另一个通过交换机输入到测试目标相应的测试端口，因此r接收器测试获取测试输入信号信息。由于被摄体输出信号进入网络分析器b接收器，因此b接收器测试获取被摄体输出信号信息。B/R是被测试零件的正向传输特性。要完成反向测试测试，需要网络分析器内部交换机控制信号过程。图2网络分析器传输测试信号流反射特性是网络分析器为了完成测试，必须分别接收主体输入激发信号和测试端口反射信号的输入女人的反射相对比。网络分析器内部信号源负责生成满足测试频率和功率要求的激发信号。由于信号源输出通过配电装置分割为两个信号，一个直接进入r接收器，另一个通过交换机输入到测试目标相应的测试端口，因此r接收器测试获取测试输入信号信息。此处的信号在被摄体输入时发出反射，被摄体端口反射信号和输入激励信号在相同的物理路径上传播，定向耦合器将从相同的物理路径中分离向相反方向传播的信号，起到提取反射信号信息并进入a接收器的作用。A/R是被测试端口的反射属性。如果需要测试其他端口反射特性，网络分析器内部交换机必须将此处的信号转换为相应的测试端口。图3网络分析器反射测试信号流信号源信号源提供测量目标激发信号，因为网络分析器测试测量目标传输/反射特性与操作频率和功率的关系。因此，网络分析器内的信号源需要频率扫描和功率扫描功能。为了确保测试的频率准确度，现在使用频率合成方法实现了网络分析器内的信号源。如果扫掠宽度设定为0，则输出信号是点频率CW信号。网络分析控制输出由两部分组成：ALC和衰减器。ALC确保输入信号功率的稳定性和功率扫描控制，由于ALC控制范围有限，衰减器需要完成广泛的功率调整。图4网络分析器的信号源信号分离装置网络分析器内部配电装置和定向耦合器分别完成测量目标输入信号和反射信号提取。在此，要测试主体的端口反射特性，必须将定向耦合器直接连接到相应的测试端口。这两个部分统称为信号分离装置，一些硬件也通常用“测试单”进行测试，一些特殊测试情况(例如高输出测试)可以使用外部测试单装置，而不使用网络分析仪表集成内置测试台。图5网络分析器的信号释放装置桥用于反射性能测试，桥可以复盖较大的频率范围，桥的主要缺点是传输信号有很大的损失。因此，对于给定的信号源功率。结果是输入到被测量部件的功率损失。定向耦合器在反射测试中起到分离激发信号和反射信号的作用，该功能复盖了比定向耦合器更广的频率范围，但对测试的传输信号损失很大。定向耦合器是一种三端口设备。三个端口为：输入、输出和耦合。定向耦合器是在反射测试中使用定向耦合器的定向传输特性。从定向耦合器输入部访问信号时，耦合端具有耦合输出，这称为正向传输，定向耦合器对应于非均匀配电装置。在正向传输中，耦合器耦合输出与输入功率比的比率定义为耦合度。图6定向耦合器正向传输特性对于理想定向耦合器，信号在耦合器输出中反向工作时，耦合端没有输出。这使得输入功率被耦合器内部的负载和主臂端子的外部负载吸收，从而成为定向耦合器的单向传输性。实际定向耦合器反向工作时，耦合侧具有流出输出，反向工作时，耦合端输出和输入信号功率比被定义为定向耦合器分隔符。图7定向耦合器反向传输特性定向耦合器测试的重要指标是定向，定向是定向耦合器反向操作分离和正向操作耦合度的差异。定向指示器反映了耦合器分离正负两个方向信号的能力。可以认为是反射测试的动态范围。有一种测量定向耦合器的简单方法，不需要前后连接测试。如果定向耦合器的内部负载损失功率相当，则此方法的结果与实际值相似。首先，主臂输出端连接短路负载，耦合端输出因总反射而反映耦合度，并规范化此值以处理后端匹配负载。此时，耦合端只是受限隔离器引起的泄漏信号。因为已经处理了限制，最后的读数是耦合器方向性的。在反射测试中，定向耦合器是与被摄体的反射信号的正向连接，定向耦合器耦合端输出反映反射信号信息。网络分析器测试反射特性时，由于定向耦合器的有限方向效应，耦合端重叠反射信号和矢量，包括产生反射指数测试错误的泄漏输入激励信号。主体的匹配性能越好，定向耦合器方向性对测试的影响就越大。网络分析器的接收器从配电装置、定向耦合器和输出端获得的信号被输入到相应的接收器中进行处理，网络分析器内置了多个接收器以分析这些信号。网络分析器是包括激励源和接收设备的闭环测试系统。图8网络分析器接收器网络分析器检测信号的基本方法有两种。方法1:二极管检测，二极管检测提取RF信号输入包络级，输出电压反映输入信号功率。DC检测(如果输入信号是连续CW信号)，或AC检测(如果输入是幅度调制信号)。二极管探测器仅反映信号幅度信息，RF载波信号的相位信息丢失。方法2:调谐接收器。调谐接收器将输入信号向下转换，然后通过ADC更改为数字后处理。这样可以获得信号的相位和振幅信号。如果使用了功率计，就会知道探测器测量信号的特性。首先，检测器是宽带功率测试，如果检测器操作频率范围为10M 18G，则在没有频率选择测试功能的情况下，使用检测器的标量网络分析器将无法区分被测器的输出端失真和杂波信号，并可能导致错误测试结果。但是，标量网络分析器以相同的方法测试频率转换和非频率转换主体。探测器可以检测的功率范围是有限的，例如，-50dBm到10dBm-标量网络分析器测试的动态范围是有限的。调谐接收机通过频带通滤波，使接收机的中频带宽减小到1KHz，从而无需频率选择测试，从而产生大的测试噪声带宽(20G)，因此，接收机的测试灵敏度高，对被测量输出信号的杂波失真组件的抑制效果极佳。调谐接收机灵敏度与设置if滤波带宽直接相关，if带宽越小，输入接收机噪声能量越小，灵敏度相应地增加，但输出信号响应时间延长，网络分析器测试速度降低。窄带接收机网络分析器if滤波带宽是测试的首选参数之一，建立了测试精度和速度之间的折衷。图9调谐接收机及其特性这是同一主体分别使用探测器和调谐接收器对测试结果进行比较。在本示例中，主体是测试滤波器带外抑制性能的过滤器，此时网络分析器输出的激发信号由滤波器的抑制作用变为小信号。过滤器输出=输入信号功率0dBm-波频外抑制度100dB=-100dBm。如果检测器灵敏度为-60dBm，则不会检测到-100dBm实际信号，测试结果也不会实际反映测量指标。调谐器接收器与探测器相比检测带宽小，检测灵敏度高，能逼真地获得试样指标。通过使用调谐连接器上的矢量网络分析器增加输出功率、减少if带宽或利用平均功能(Avg)，可以扩展测量动态范围。图10网络分析表动态范围对测试结果的影响azilen PNA系列网络分析器是使用调谐接收器的高性能矢量网络分析器。接收机具有较高的测试灵敏度，满足各种测试对象动态范围要求。调谐接收机可以使用混频器和取样器实现前端变频功能。采样器(Sampler)使用二次管对输入射频信号进行逐脉冲提取处理，采样器可以被视为内部具有脉冲发生器的混频器，脉冲发生器生成由本振动谐波构成的宽带频谱(梳状频谱)，并混合输入射频信号和梳状谱线之一来生成if输出。采样器变频电路只需复盖窄的频率范围。锁定其他梳条线需要复杂的锁相处理，与混合电路相比，所有梳条线的噪声都转换为中频信号，其灵敏度稍低。网络分析器是用于集成激励和接收的闭环测试系统，在使用窄带调谐接收器的矢量网络分析器工作时，信号源应生成此处的信号，接收器应在相同的频率下处理接收响应信号，此处的源和接收器工作频率的变化应同步改变。网络分析器依靠锁相方法实现此功能。r信道接收器if信号与固定参考信号进行比较，鉴相错误输出用于通过电压控制更改此处源输出频率。这样，当接收机本机振荡器频率扫描发生变化时，锁相环路控制这里的源保持频率同步变化。r如果通道接收器不能正常工作，网络分析器将发生锁定丢失。3.1反射参数测试误差分析网络分析器校准可消除测试中的系统错误。分析了反射测试过程中网络分析器的系统故障。网络分析器在扫频状态下工作，无论是仪表内部设备还是外部测试电缆，与操作频率变化相关的这种测试误差称为“频率响应错误”，也称为“跟踪错误”。定向耦合器的有限定向引起的误差是方向误差，因此叠加在实际反射信号上，可能会产生测试误差。方向误差对测试目标端口的匹配性能好时的测试有很大影响。在反射指数测试期间，反射信号通过传输路径返回器端口传输，仪器端口阻抗和传输线之间存在不一致，由于这种不一致，信号的二次入射，最终在传输路径上的信号的多入射，从而产生多个反射，这种错误称为源不匹配错误。正在测试的零件的匹配性能越低，此错误对测试的影响就越明显。类似地，发射器的输出传输信号也因接收端阻抗不匹配而反射，该信号通过被摄体的反向传输嵌套在实际反射信号中，从而产生负载不匹配错误。如果主体的反向传输隔离性能不好，则负载不匹配错误的影响更大。网络分析器内部r；a；b接收器分别反映测试的输入、反射和传输信号，但是这些接收器之间有信号串扰、高隔离主体(开关)。隔离器大范围衰减器)，这个误差的影响很明显。在上例中，正向测试共有6个错误，反向测试有6个关于对称的测试错误，因此双端口设备测试共有12个错误。仪表的双端口校准也称为12个错误校准图25反射参数测量误差分析3.2隔离错误串扰错误(隔离错误)是由仪表内每个测试接收信道之间的信号相互干扰引起的。隔离补偿是在小型测试电源环境下进行的，往往是在接近系统背景噪声的情况下进行的，因此，通常可以省略隔离校准过程，而不影响测试精度。确定分离校准，如果串扰与测量目标匹配无关，则可以在隔离校准期间使用两个匹配载荷并启动扫描线平均功能。如果串扰与主体匹配相关，则应在校准中完成访问收件人。图26隔离错误3.3单端口设备的测试错误模型网络分析器校准的目的是消除测试中的系统错误。校正的想法是通过标准部件的测试，获得网络分析器系统误差项的特定值，然后通过计算修改测试结果，从而消除误差因素，获得测试部件的实际值。下图是S11M网络分析器的实际测试值，它是网络分析器反射测试时系统错误的数学模型，包含每个测试错误。ED；ERTES等，仪表校准的目的是通过计算消除这些错误项目的影响，获得S11A。ERT以获取ED；ES，通过标准零件测试完成，确定三个错误，因此单端口校准将测试三个标准零件。可以解联立方程。图27单端口错误模型3.4校准的基本分类和概念校准过程是测试标准零件测试系统中的错误，根据校准消除错误项目的过程，网络分析器校准主要分为频率响应校准和矢量校准。错误消除项目的数量与测试的标准零件的数量相同。频率响应校准只测试一个标准部件，校准过程更简单。频率响应误差只能确定一个错误。频率响应校准过程相当于测试规格化过程。首先将参考线保存到内存，然后将测试结果与测试结果进行比较。这样可以消除参考线中系统错误的影响。矢量校正需要网络分析器具有振幅和相位测试能力。要消除更多错误条目，必须测试多个标准零件。网络分析器错误校准过程：测量参数已知的标准零件获得错误项。从测试结果中删除错误项目组件。反射测试：方向、源不匹配和反射通道频率。频率响应校准(推荐标准部件；Short)消除频率响应错误；1-port单纵断面校正消除了三个错误。反射传输测试：有12个错误。频率响应校准(校准装置：through)消除频率响应错误。全双端口双端口校准消除了12个错误。enhancece cal=S11 one port through cal，Cal kit:校正器数据定义文件；用户可以定义校准者。校准者定义必须与实际校准者匹配。矢量错误校正是通过对已知标准零件的测试获得仪表错误项目的过程。仪表有两个连接端口，每个端口都有故障。“One Port CAL(一个端口校准)”消除了校准端口的所有系统错误(定向错误)。源不匹配错误；反射跟踪错误)。如果网络分析器用于测试所有受测试的传输/反射性能测试，仪器将校准所有端口和传输电缆，通过双端口校准消除12个系统错误。在双端口校准过程中，必须使用4种类型的校准器进行7次连接测试。3.5断路校准问题校准过程中，使用带金属传输延长线和中心介质条的开放式校正器(OP