电子测量原理9PPT学习教案

1、会计学1电子测量原理电子测量原理9线性网络线性网络正弦信号正弦信号稳态响应稳态响应H(j)：频率响应频率响应 或频率特性或频率特性幅度幅度|H(j)|：幅频特性幅频特性相位相位() ：相频特性相频特性信号的频谱分析：可由频谱分析仪完成信号的频谱分析：可由频谱分析仪完成线性系统频率特性的测量：可由网络分析仪完成线性系统频率特性的测量：可由网络分析仪完成第1页/共62页第2页/共62页第3页/共62页偏离越大；第4页/共62页必须选择极慢的扫频速度以得到近似的静态特性曲线，或采用点频法。第5页/共62页第6页/共62页扫扫描描信信号号发发生生器器放放大大器器稳稳幅幅ALC低低通通滤滤波波器器宽宽带

2、带 放放大大器器输输出出衰衰减减器器频频标标产产生生电电路路混混频频器器本本振振f0频频标标输输出出扫扫描描输输出出X 轴轴扫扫频频输输出出取取样样检检波波器器扫扫频频振振荡荡器器f1f2第7页/共62页第8页/共62页第9页/共62页121202ffffff min0max0kk 线线性性系系数数%1002121 AAAAM调调幅幅系系数数f0：扫频输出中心频率：扫频输出中心频率f1：扫频起点；：扫频起点；f2：扫频终点：扫频终点k0：压控特性：压控特性f-V曲线的斜率曲线的斜率A1：寄生调幅最大幅度：寄生调幅最大幅度A2：寄生调幅最小幅度：寄生调幅最小幅度第10页/共62页第11页/共62

3、页第12页/共62页第13页/共62页定定 频频振荡器振荡器扫频本振扫频本振低通低通滤波滤波宽带宽带放大放大宽带宽带输出输出 将固定频率的振荡器与作为本振信号的扫频振将固定频率的振荡器与作为本振信号的扫频振荡源在混频器上取差频。只要使定频振荡器的输出荡源在混频器上取差频。只要使定频振荡器的输出电平远小于扫频本振的电平，则差频信号的幅度便电平远小于扫频本振的电平，则差频信号的幅度便由定频振荡器的幅度决定，扫频过程中差频幅度可由定频振荡器的幅度决定，扫频过程中差频幅度可基本保持不变。基本保持不变。第14页/共62页YIG扫扫频频源源低低通通滤滤波波器器PIN开开关关本本振振1第第 频频段段输输出出

4、多多段段扫扫频频输输入入多多路路PIN开开关关低低通通滤滤波波器器低低通通滤滤波波器器第15页/共62页号通过PIN开关进行选择、组合，按需提供单频段或多频段联合的扫频输出。两个定向耦合器与两个检波器的组合用于对高、低频段稳幅信号取样。第16页/共62页在高频段输出时可能夹杂来自低频段的部分谐波频率寄生信号；另外，倍频之后的信号寄生调频及噪声也随之倍增。第17页/共62页第18页/共62页方方波波形形成成方方波波形形成成QQSRA微微分分微微分分限限幅幅限限幅幅双双稳稳态态触触发发器器_Iu1u2aabbcc第19页/共62页时值型相位计的测量结果较不稳定。可以采用多次测量求平均的办法以提高测

5、量精度。第20页/共62页通通道道1通通道道2门门控控电电路路主主计计数数门门标标准准脉脉冲冲发发生生器器十十进进制制计计数数器器显显示示器器Tu1u2fSoSxoxNffTT360360 若计数门的计数值为若计数门的计数值为N，则相位差的计算式为，则相位差的计算式为:第21页/共62页带带通通滤滤波波器器 + +6 60 0o o移移相相器器自自动动相相位位控控制制VCO参参考考本本振振电电压压表表方方 波波发发生生电电路路触触发发脉脉冲冲形形 成成相相位位显显示示双双稳稳态态触触发发型型相相 位位 计计触触发发脉脉冲冲形形 成成方方 波波发发生生电电路路带带通通滤滤波波器器中中频频输输出出

6、2中中频频输输出出1取取样样头头1u1取取样样头头2u2相相位位调调零零取取样样脉脉冲冲发发生生器器 - -1 12 20 0o o移移相相器器第22页/共62页行电压幅度测量，同时被整形为方波，然后进入双稳态触发型相位计中实现相位测量。固定的中频信号单独输出还可用于调幅度及波形失真等参数的测量。第23页/共62页第24页/共62页q网络网络对实际物理电路和元件进行的数学抽象对实际物理电路和元件进行的数学抽象，主要研究外部特性。，主要研究外部特性。q网络分析网络分析在感兴趣的频率范围内，通过线性在感兴趣的频率范围内，通过线性激励激励- -响应测试确定元件的幅频特性和相频特性的响应测试确定元件的

7、幅频特性和相频特性的过程。过程。q网络分析仪网络分析仪通过正弦扫频测量获得线性网络通过正弦扫频测量获得线性网络的传递函数以及阻抗函数的仪器。的传递函数以及阻抗函数的仪器。q频谱测量表征电路单元的信号特性，而网络测量频谱测量表征电路单元的信号特性，而网络测量表征电路单元组成的系统特性。表征电路单元组成的系统特性。第25页/共62页第26页/共62页2211 SS、 2211lg20lg20 ,lg20SSRL 、或或回回波波损损失失22222211111111,11, -11 SSSSVSWR 驻驻波波比比21lg20SA 衰衰减减 11Z、阻阻抗抗12212211 SSSSS、参数参数2121

8、arg S 第27页/共62页b2b1S22S11S12S21a2a121DUT S10、S21、S12、S22：表示双端口网络的四个：表示双端口网络的四个S参数，即散射参量。参数，即散射参量。第28页/共62页b1、b2: 端口端口1、2上的所有出射波上的所有出射波 a1、a2: 端口端口1、2上的入射波上的入射波 012210111122 , aaabSabS021120222211 , aaabSabSS10:端口端口2匹配时端口匹配时端口1的反射系数的反射系数S21:端口端口2匹配时的正向传输系数匹配时的正向传输系数S22:端口端口1匹配时端口匹配时端口2的反射系数的反射系数S12:端

9、口端口1匹配时的反向传输系数匹配时的反向传输系数22212122121111aSaSbaSaSb 第29页/共62页端端口口2端端口口1S21S12S22S11b2b1a2a1第30页/共62页 nkkkTT1T：信流图所代表的网络的增益或传输函数：信流图所代表的网络的增益或传输函数Tk：第：第k条路径上所有支路系数的乘积条路径上所有支路系数的乘积：信流图行列式，即信流图所代表的网络的联立方：信流图行列式，即信流图所代表的网络的联立方程组的行列式程组的行列式k：与第与第k条开路不接触的子信流图的行列式条开路不接触的子信流图的行列式 第31页/共62页LS21S12S22S11b1a1由梅森法则

10、由梅森法则：LS 2211,1 , 212212221111 LLSSTSST故有：故有： LLLLLSSSSSSSSS 221221112212212211111第32页/共62页 网络分析仪是通过测定网络的反射参数和传输网络分析仪是通过测定网络的反射参数和传输参数，从而对网络中元器件特性的全部参数进行全参数，从而对网络中元器件特性的全部参数进行全面描述的测量仪器，用于面描述的测量仪器，用于实现对线性网络的频率特实现对线性网络的频率特性测量性测量。 网络分析仪能够完成反射、传输两种基本测量网络分析仪能够完成反射、传输两种基本测量，从而确定几乎所有的网络特性，从而确定几乎所有的网络特性，S参数

11、是其中最参数是其中最基本的特性。基本的特性。标量网络分析仪标量网络分析仪：只测量线性系统的幅度信息；：只测量线性系统的幅度信息；矢量网络分析仪矢量网络分析仪：可同时进行幅度传输特性和相：可同时进行幅度传输特性和相位特性测量。位特性测量。 第33页/共62页12参参考考信信道道R测测试试信信道道T信信号号源源S参参量量测测量量装装置置被被测测网网络络矢矢量量电电压压表表第34页/共62页信号源：向被测网络提供入射信号或激励；S参量测量装置：实际上是反射测量电路与传输测量电路的组合，首先将入射、反射及传输信号分离开，然后通过转换开关分别进行测量；矢量电压表：测量入射、反射和传输信号的幅值及它们之间

12、的相位差。也可以通过幅相接收机实现此功能。 第35页/共62页接，同理可测得|S22|、|S12|。扫扫频频源源定定向向耦耦合合器器二二极极管管检检波波器器|b1|2|b2|2处处理理及及显显示示DUTBA|a1|2R第36页/共62页扫扫频频源源LOH(s)PFD参参考考频频率率源源BPFDUTBPFBPF采采样样及及量量化化参参考考信信道道R反反射射测测试试信信道道B传传输输测测试试信信道道A源源输输出出信信道道S定定向向耦耦合合器器处处理理及及显显示示第37页/共62页、进行的复数除法可用硬件完成，现在多采用对混频所得的中频信号采样和数字化，然后通过数字处理的方法来实现。第38页/共62

13、页第39页/共62页分析仪只测量自身或受控的已知频率；外差式频谱分析仪测量输入信号的幅度（标量仪器），矢量网络分析仪测量输入信号的幅度和相位（矢量仪器）。第40页/共62页DUT幅幅相相接接收收机机显显示示信信号号源源ES伸伸长长线线RT定定向向耦耦合合器器a1b1功功率率分分配配器器 设信号源出射波为设信号源出射波为ES、功分器分配系数分别是、功分器分配系数分别是c1、c2，DUT反射系数为反射系数为S10，定向耦合器将，定向耦合器将DUT的反射的反射波耦合到测试通道的耦合系数为波耦合到测试通道的耦合系数为c3。有。有11132ScccRT 第41页/共62页DUT伸伸长长线线RA定定向向耦

14、耦合合器器a1b1功功率率分分配配器器矢矢量量网网络络分分析析仪仪S第42页/共62页a3b3S13S32S23S31S33S21S12S22S11b2b1a2a1321定定向向耦耦合合器器第43页/共62页向看过去的等效源反射系数不完全为零。反射信号中有一部分将在DUT和源之间被来回反射，因而产生S10A的测量误差。第44页/共62页S11MS11A(DUT)DMS11+TRS10A：由梅森法则，可得由梅森法则，可得 DSMTDSMSRA 1111M111S第45页/共62页 2111111211211111111111111 11 11ASARAASASRAAASRAAMSMSTDSSMS

15、MTSDSSMTSDSSS 结论：当结论：当DUT的反射系数的反射系数S10A较小时，方向性误差较小时，方向性误差D的影响占主导地位；当的影响占主导地位；当S10A较大时，源失配误差较大时，源失配误差MS是影响反射测量精度的主要因素是影响反射测量精度的主要因素 第46页/共62页RS误差为未知数的方程，然后由该方程组求解三项误差。微波测量中，同轴系统一般选用开路器、短路器和匹配负载Z0作为校准件。第47页/共62页SM23.接入匹配负载Z0（反射系数=0）此时S10A=0，记测量值为SM3，有SRMMTDS 111SRMMTDS 112 3DSM 第48页/共62页 2132121212331

16、322MMMMMSMMMMMMMMRMSSSSSMSSSSSSSSTSD DSMTDSMSRA 1111M111S校校 准准修修 正正第49页/共62页幅幅相相接接收收机机显显示示RT信信号号源源ESa1b2功功率率分分配配器器DUT 设信号源出射波为设信号源出射波为ES，功率分配器的分配系数分别，功率分配器的分配系数分别是是c1、c2，DUT的传输系数为的传输系数为S21，有：，有：2112SccRT 第50页/共62页DUTRB功功率率分分配配器器矢矢量量网网络络分分析析仪仪Sa1b2第51页/共62页信号源方向看过去的等效源反射参数。n负载失配误差ML：由双端口网络向负载方向看过去的负载

17、反射系数。第52页/共62页S10A：S12A：由梅森法则，可得由梅森法则，可得：a1b2C1+TTMLS21AS22AS11AS12AMS AALSAALSALASTAMSSMMSSMMSMSMTSCabS22111221221121122111 第53页/共62页 AALASTAALASTAAMSSMSMTCSSMSMTSCSSS21221121221121212121 11 结论：传输系数测量误差不仅与结论：传输系数测量误差不仅与4项系统误差有项系统误差有关，还与网络本身的特性参数有关，与反射参关，还与网络本身的特性参数有关，与反射参数测量有区别！数测量有区别！ 第54页/共62页矢矢量

18、量网网络络分分析析仪仪伸伸长长线线RA功功率率分分配配器器12端端口口1端端口口2DUTSB12第55页/共62页RFS21MCF1+TTFMLFS21AS22AS11AS12AMSFS11M1DF1+TRFS22M1+TRRMSRS21AS22AS11AS12AMLR1DR1+TTRRFS12M端端口口1端端口口2(a)(b)CR正向正向S10A、S21A测测量误差模量误差模型型反向反向S22A、S12A测测量误差模量误差模型型第56页/共62页第57页/共62页 AALFSFAALFSFALFASFAALFALFARFFMSSMMSSMMSMSMSSMSMSTDS2211122122111221221111111 AALFSFAALFSFALFASFTFAFMSSMMSSMMSMSMTSCS221112212211212111 AALRSRAALRSRALRASRAALRALRARRRMSSMMSSMMSMSMSSMSMSTDS2211211211222112