微波仿真论坛 - 网络分析仪基础 - 图文-

1、2008/1/9Page 1网络分析仪基础刘迪应用工程师安捷伦科技2008年1月7日2008/1/9Page 2目录RECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED (ATRANSMITTED(BINCIDENT (RSIGNALSEPARATION SOURCE Incident ReflectedTransmittedDUT什么是网络分析仪?史密斯圆图& 散射参数高频器件特性什么是网络分析仪网络分析仪硬件结构网络分析仪内部框图激励源信号分离装置接收机显示处理单元网络分析仪测试校准技术网络分析仪测量误差分析校准方法双端口校准TRL 校准电

2、子校准件网络分析仪产品纵览典型测量应用ENA 系列射频网络分析仪PNA 系列微波网络分析仪Port 1Port 2E S 11S 21S 12S 22E SE D E RT E TTE La 1b 1A A AA X a2b 22008/1/9Page 3射频信号入射反射传输光信号棱镜器件射频微波信号在器件中的传播反射入射传输入射什么是网络分析?2008/1/9Page 4把阻抗从直角坐标映射到极坐标= 0Z L = Zo 等电抗圆等电阻圆史密斯圆图(openZ L = =±180o 1(short Z L = 0 =±0o10+R+jX-jX直角坐标2008/1/9Pag

3、e 5散射参数S 11=反射入射=b 1a 1a 2=0S 21=传输入射=b 2a 1a 2=0S 22=反射入射=b 2a 2a 1=0S 12=传输入射=b1a 2a 1=0入射传输S 21S 11反射b 1a 1b2Z 0负载a 2=0器件前向入射传输S 12S 22反射b2a 2b a 1=0器件Z 0负载反向11212反射特性驻波比S 参数S 11, S 22反射系数阻抗, 导纳R+jX, G+jB 回波损耗, r 增益/损耗S 参数S 21, S 12群时延传输系数插入相位,入射反射传输R BA反射入射A R =传输入射BR=高频器件特性器件2008/1/9Page 7什么是网络

4、分析仪?矢量网络分析仪(VNAs是激励-响应测试系统描述射频微波元器件的前向和反向反射、传输特性(S 参数 测量线性幅度和相位扫描速度快具有最高的测量精度S 21S 12S 11S 22R1R2激励源本振测试端口2BA 测试端口1相位幅度被测件反射传输2008/1/9Page 8目录RECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED (ATRANSMITTED(BINCIDENT (RSIGNALSEPARATION SOURCE Incident ReflectedTransmitted DUT什么是网络分析仪?网络分析仪硬件结构网络分析仪内部框图

5、激励源信号分离装置接收机显示处理单元网络分析仪测试校准技术网络分析仪产品纵览Port 1Port 2E S 11S 21S 12S 22E SE D E RT E TT E La 1b 1A A AA X a2b 22008/1/9Page 9接收机显示处理单元反射(A传输(B入射(R信号分离装置激励源入射反射传输被测件网络分析仪内部框图测试端口1R 激励源开关1开关2测试端口2RA B被测件反射传输BR A2008/1/9Page 10激励源O 为被测件提供激励信号O 具备功率和频率扫描功能O 频率合成器实现,保证频率精度及稳定度;ALC 电路保证功率的精度右边为其他公司最高端网分源的谐波抑

6、制(dBc-20-6024GHz to 26.5 GHz -20-6016GHz to 20GHz -20-6010 GHz to 16GHz -20-603.2 GHz to 10 GHz -20-602GHz to 3.2 GHz -20-5150 MHz to 2GHz -20-5110 MHz to 50 MHz2008/1/9Page 11信号分离装置定向耦合器测量入射信号作为参考信号分离入射信号和反射信号接收机显示处理单元反射(A传输(B入射(R信号分离装置激励源入射反射传输被测件2008/1/9Page 12窄带检波调谐式接收机O 最佳灵敏度/ 动态范围O 抑制谐波/ 杂散信号O

7、 可以通过增大功率, 减小中频带宽, 或者平均化改善动态范围O 需在噪底和测量速度之间权衡10 MHz 26.5 GHzADC / DSP 接收机显示处理单元反射(A传输(B入射(R信号分离装置激励源入射反射传输被测件2008/1/9Page 13窄带检波调谐式接收机(续ADC / DSP Error Due to Interfering Signal0.0010.010.11101000-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65-70Interfering signal (dBE r ro r (d B ,d e g phaseerror magn erro

8、r+-动态范围对应测量精度来说非常重要!12513020GHz to 24GHz 13013316GHz to 20GHz 指标对比(左边为安捷伦PNA-X,右边为其他公司最高端网分标配下的动态范围(dB11512424GHz to 26.5GHz 13013410GHz to 16 GHz 1301373.2GHz to 10GHz 125130500 MHz to 3.2GHz 105131100 MHz to 500MHz 10511650 MHz to 100 MHz 9010610 MHz to 50 MHz2008/1/9Page 14显示处理单元记住4条:32个独立的测量通道窗口

9、数目不限每个窗口最多支持8个当前迹线及8个memory 迹线1个通道即可显示4个S 参数通道Trace Trace Trace Trace Trace 迹线迹线参数格式范围标记电延迟相位偏移平滑极限测试时域转变通道参数扫描种类频率功率中频带宽测量点数触发状态平均化校准窗口窗口窗口窗口迹线(通道1迹线(通道2迹线(通道1迹线(通道2迹线(通道3迹线(通道4全局参数触发源端口延伸射频功率开/关2008/1/9Page 153通道测量例子窗口窗口窗口通道1窄带扫频S11S21通道2宽度扫频S21通道3功率扫描S21S112008/1/9Page 16目录Port 1Port 2E S 11S 21S

10、 12S 22E SE D E RT E TT E La 1b 1AA AA X a2b 2短路开路负载什么是网络分析仪?网络分析仪硬件结构网络分析仪测试校准技术网络分析仪测量误差分析校准方法双端口校准TRL 校准电子校准件网络分析仪产品纵览2008/1/9Page 17为什么需要校准为什么必需校准?不太可能制造出完美的网分硬件,比如说网分内部的源匹配S11=0,即S11=-dB,非常难,一般有-50dB就很好了就算能制造出足够好的硬件,可以不需要误差校正,实现起来也太困难,成本也太高怎样保证测量准确度(即50欧姆或其他特性阻抗环境下测量?通过校准,来保证网分的端口输出阻抗为50ohm 或其他

11、特性阻抗不是一年一度的仪器本身校准,仪器本身校准只是确保达到出厂时的指标,比如说出厂时源匹配为-50dB ,仪器本身校准后,重新达到-50dB校准到底有什么好处?消除测量中的最大不确定度: 系统误差系统误差导致了网分的端口输出阻抗远离50ohm 或其他特性阻抗系统误差2008/1/9Page 18系统误差O由于网络分析仪硬件及被测件测量设置的不完美引起的O 系统误差导致了网分的端口输出阻抗远离50ohm 或其他特性阻抗O 具有重复性(可预测随机误差O 时变,无重复性(不可预测O 主要的来源: 仪器噪声, 开关和连接器的重复性漂移误差(通过一年一度的仪器自身校准消除O 校准后仪器性能发生变化O

12、主要由温度变化造成的测量误差模型测量数据未知器件系统随机漂移误差校准再校准2008/1/9Page 19源失配误差系统测量误差A B负载失配误差串扰误差方向性误差DUT频响误差O 反射跟踪(A/RO 传输跟踪(B/RR 2端口器件:6个前向和6个反向误差项共12项误差项2008/1/9Page 20校准方法类型O 频响校准(归一化Q 操作简单, 精度不高Q 消除频响误差O 1端口校准(反射测量Q 消除3个系统误差项Q 方向性误差, 源失配误差, 及反射跟踪误差O 双端口校准(反射和传输测量Q 消除12个系统误差项, 精度最高Q 方向性误差, 源失配误差, 负载失配误差, 反射跟踪误差, 传输跟

13、踪误差, 串扰误差O 增强型频响校准Q 结合了频响校准和1端口校准Q 改善了源失配校准时所采用的标准件种类Q 机械校准件,支持到325GHzQ 电子校准件(EcalVector-error correction is the process of characterizing systematic error terms by2008/1/9Page 21双端口校准适合不同的器件测量O SOLT: Short-Open-Load-Thru (短路开路负载直通Q 传统校准方法, 标准件为机械校准件或者电子校准件Q 适合同轴环境测量O TRL: Thru-Reflect-Line (直通反射负载Q

14、 适合非同轴环境测量(波导,夹具, 片上晶圆Q 必须根据被测件的测量环境设计TRL 校准件Q 对非同轴测量具有最高的精度Q 有不同的形式: LRL,TRM, TOM, TSM, LRM, LRA, 未知直通(SOLR2008/1/9Page 22直通标准件直通-反射-延迟线(TRL 校准我们都知道短路-开路-负载-直通(SOLT 校准.什么是TRL 校准呢?O 双端口校准技术O 适合非同轴测量(波导,夹具, 片上晶圆O 8项系统误差模型O 需要根据被测件设计TRL 校准件O TRL (要求网分有4个接收机O 多种形式: Line-Reflect-Match (LRM,Thru-Reflect-

15、Match (TRM, 等等TRL 校准适用于非同轴射频微波测量延迟线标准件场效应晶体管放大器开路标准件国内只有安捷伦能提供TRL 校准支持!2008/1/9Page 23多种模块,频率范围从30 kHz 到67GHz9种连接器类型(F 头/N 头50/N 头75/3.5mm/7mm/7-16/2.92mm/2.4mm/1.85mm连接器类型可不同一次连接(支持双端口校准和1端口校准Q 减少校准时间Q 操作简单Q 减少标准件连接Q 减少操作失误双端口,4端口可自定义电子校准件ECal: 电子校准件电子校准件:通过传输线与不同的PIN 二极管开关并联来设置不同的阻抗状态到67GHz ,唯有安捷伦

16、!其他公司最高才到24GHz9种连接头类型,安捷伦独有有的公司电子校准不支持1端口校准2008/1/9Page 24目录什么是网络分析仪?网络分析仪硬件结构网络分析仪测试校准技术网络分析仪产品纵览典型测量应用ENA 系列射频网络分析仪PNA 系列微波网络分析仪2008/1/9Page 25安捷伦公司提供了最全的网络分析仪产品线,涵盖了各种性能,各个型号,频率范围从9 kHz 到325GHz 。ENA 系列射频网络分析仪8.5 GHz 3 GHz 1.5 GHz PNA 系列微波网络分析仪325 GHz110 GHz67 GHz 50 GHz40 GHz 20 GHz 13.5 GHz 6 GH

17、z网络分析仪行业领导者2008/1/9Page 26安捷伦公司提供了各种性能的网络分析仪,能够满足研发和生产的不同测量要求。从基本的S 参数测量到更高级的测量应用, 例如:最全的测量应用天线测量放大器测量平衡器件测量有线电视测量(75欧姆变频器件测量夹具测量材料测量毫米波测量混频器测量多端口器件测量片上晶圆测量脉冲S 参数测量信号完整性更多2008/1/9Page 271967 8410A19888720系列新款经济型微波网络分析仪19848510A 树立了行业标准1996 8510XF单次扫描到110GHz19868753系列新款经济型射频网络分析仪19758542A安捷伦科技网络分析仪40年的优良品质2000PNA: 新的行业标准2001 ENA19918711系列低频2007 PNA-X2008/1/9Page 28PNA-X 最出色的网络分析仪高10.4”英寸LCD 高分辨率可配置测试装置方便连接电子校准件(ECAL, U 盘,打印机及更多前面板4个USB 口后面板4个USB 口操作方便,3种方式:前面板,软功能键或者下拉菜单触摸屏一键式宏(Macro简化测量设置支持局域网,GPIB 连接及基于Windows 开发