Agilent网络分析仪原理及使用PPT.ppt

page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Agilent,系列,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,网络分析仪,双功器,LO LC,滤波器,功分器,TX IF LC,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,射频信号在器件中的传播,Lightwave,入射,反射,透射,RF/MW,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,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,反射特性的参数定义,:,dB,全匹配,(Z,L,=Zo),r,RL,VSWR,0,1,全反射,(,ZL=,开路,短路,),0 dB,1,Voltage Standing Wave Ratio,=,Z,L,-,Z,O,Z,L,+,O,Z,=,V,反射,V,输入,=,r,F,G,=,r,G,=-20 log(,r,),VSWR,=,E,max,E,min,=,1+,r1-,r,E,max,E,min,驻波比,反射系数,(,电压比值,),反射损耗,(,功率比值,),Z,0:,传输线特性阻抗,Z,1:,传输线终端负载,传输信号包络,史密斯圆图,(Smith Chart),对阻抗和反射的描述,0,+R,+jX,-jX,Rectilinear impedance plane,.,-90,o,0,o,180,o,+,-,.2,.4,.6,.8,1.0,90,o,0,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,),等反射系数圆,半径,:,反射大小,相角,:,反射相位,G,L,Z =0,=,180O,1,(,短路点,),Z =,L,=,0,O,1,G,(,开路点,),Z =Z,o,L,=,0,G,大电阻区,小电阻区,电感区,电容区,Z=R+jx,反射特性的说明,R,L,/R,S,R,S,R,L,R,L,=R,S,:,负载上最大功率传输,Zs=R,+,jX,Z,L,=Zs,*,=R,-,jX,对于复阻抗,:,功率最大传输效率条件,:,Z,L,=Z,S,*,(,共轭匹配,),R,L,/R,S,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1,1.2,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,Load Power,(normalized),传输特性,V,传输,V,输入,传输系数,=,T,=,V,Transmitted,V,Incident,=,tf,DUT,增益,(dB),=20 Log,V,Trans,V,Inc,=,20 log,t,插入损耗,(dB),=-20 Log,V,Trans,V,Inc,=,-20 log,t,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,Time,A,t,o,Frequency,f,1,Time,Sin 360 *f*t,Frequency,A,phase shift=t,o,*360 *f,1,f,DUT,A*Sin 360 *f(t-t ),输入,输出,Time,Frequency,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,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,Magnitude,Phase,Frequency,Frequency,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 =,a,f(t-,to,),输出,V =,f(t),输入,DUT,对系统,相位特性,的描述,网络分析仪相位补偿,+,=,Frequency,(Electrical delay),Frequency,器件相频特性,器件相位非线性,Phase 1 /Div,o,Phase 45 /Div,o,Frequency,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,(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,群时延,Group Delay(GD),in radians,in radians/sec,in degrees,f in Hertz (,w=2 p,f),f,w,f,Group Delay(t ),g,=,-,d,f,d,w,=,-,1,360,o,d,f,d f,*,Frequency,群时延抖动,平均时延,t,o,t,g,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,f,Df,Frequency,Dw,w,aperture,Phase,Phase,Group Delay,Group Delay,-,d,f,d,w,-,d,f,d,w,f,f,f,f,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,完整的器件指标描述,Transmitted,Incident,传输特性,增益,S,参数,S21,S12,群延时,Delay,传输系数,相位,Phase,Reflected,Incident,反射特性,SWR,S,参数,S11,S22,反射系数,阻抗,R+jX,G+jB,反射损耗,G,r,T,t,输入,反射,输出,R,B,A,A,R,=,B,R,=,S,参数的定义,S,11,=,Reflected,Incident,=,b,1,a,1,a,2,=,0,S,21,=,Transmitted,Incident,=,b,2,a,1,a,2,=,0,S,22,=,Reflected,Incident,=,b,2,a,2,a,1,=,0,S,12,=,Transmitted,Incident,=,b,1,a,2,a,1,=,0,输入,传输,S,21S,11,反射,b,1,a,1,b,2,Z,0,Load,a,2,=,0,DUT,正向,输入,传输,S,12,S,22,反射,b,2,a,2,b,a,1,=,0,DUT,Z,0,Load,反向,1,S-parameters,电压线性值定义,器件的非线性失真,Nonlinear Networks,器件饱和,串扰,交调等,非线性过程,导致,传输信号,波形失真,Frequency,Frequency,Time,Time,输入信号,输出信号,CH1,S21,1og MAG 1 dB/REF 32 dB 30.991 dB,12.3 dBm,C2,IF BW 3 kHz SWP 420 msec,START,5,dBm,CW 902 MHz,STOP 15 dBm,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,),器件的功率动态范围,:,输入,1dB,压缩点,测试功率,测试频率,0,1dB,输入,1dB,压缩点,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-signal gain,),1dB,AM/PM,转换对系统的影响,Amplitude,Time,AM,(dB),PM,(deg),Mag(AM,in,),Test Stimulus,Amplitude,Time,AM,(dB),PM,(deg),Mag(AM,out,),Mag(PM,out,),Output Response,AM-PM Conversion=,Mag(PM,out,),Mag(AM,in,),(deg/dB),DUT,Power sweep,I,Q,AM to PM conversion can cause bit errors,输入功率对器件相位特性的影响,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,Port 2,功率分配,/,开关,源,R1A,Port 1,R2,B,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,22,网络分析仪,测试,信号流程,R,A,B,输入源,LO,源,RF,N*LO+/-IF,反射,传输,输入参考信号,输入信号,输出信号,B,R,:,被测件正向传输特性,A,R,:,被测件输入端反射特性,23,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,max sweep time,ALC,ALC,Driver,ALC检测,衰减器,源,ALC=,自动电平控制,(automatic level control),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,Range1,Range2,Range3,.,24,信号分离装置,功分器,提供参考信号,宽频率覆盖,6 dB,50,W,50,W,6 dB,定向耦合器,电桥,方向性,低插入损耗,Main signal,Coupled signal,RECEIVER/DETECTOR,PROCESSOR/DISPLAY,REFLECTED,(A),TRANSMITTED,(B),INCIDENT(R),SIGNAL,SEPARATION,SOURCE,Incident,Reflected,Transmitted,DUT,定向耦合器连接端点,:,反射特性测试点,Test Port,Detector,25,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,.,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,),Data Max,Add in Phase,Device,Directivity,Return Loss,Frequency,0,30,60,DUT RL=40 dB,Cancel Data,0,Device,Directivity,Data=Vector Sum,Directivity,Device,Data Min,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,26,接收机类型,Tuned Receiver,Scalar,broadband,(no phase information),Vector,(magnitude and phase),Diode,DC,AC,RF,IF Filter,IF=F,LO,F,RF,RF,LO,ADC/DSP,RECEIVER/DETECTOR,PROCESSOR/DISPLAY,REFLECTED,(A),TRANSMITTED,(B),INCIDENT(R),SIGNAL,SEPARATION,SOURCE,Incident,Reflected,Transmitted,DUT,27,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,300kHz,8.5 GHz,调谐接收机的特点,混频器前端,ADC/DSP,幅度,+,相位信息,28,网络分析仪的测试动态范围,接收机带宽,:,10,Hz,接收机带宽,:,70,kHz,-100,dB,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,29,网络分析仪测试动态范围和测试精度,phase error,magn error,+,-,网络分析仪测试精度与测试动态范围关系,30,T/R vs S-Parameter Test Sets,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,Transmission/Reflection Test Set,Port 1,Port 2,Source,B,R,A,DUT,Fwd,Port 1,Port 2,Transfer switch,Source,B,R,A,S-Parameter Test Set,DUT,Fwd,Rev,31,显示处理单元,RECEIVER/DETECTOR,PROCESSOR/DISPLAY,REFLECTED,(A),TRANSMITTED,(B),INCIDENT(R),SIGNAL,SEPARATION,SOURCE,Incident,Reflected,Transmitted,DUT,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,.,32,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,33,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,被测件,性能,测试数据,系统误差,随机误差,飘移误差,34,反射参数测试误差分析,A,B,源失配,负载失配,串扰,方向性误差,DUT,频率响应误差,反射跟踪误差,传输跟踪误差,R,单端口共,6,项误差,双端口共,12,项误差,反射信号,A,接收机信号,=,被测件反射信号,+,误差信号,35,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),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,S,11,M,S,11,A,SHORT,OPEN,LOAD,thru,thru,校准的基本分类,36,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,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,SHORT,OPEN,LOAD,37,ENA,支持的校准件方式,电子校准件,(Ecal),机械校准件,校准件多次连接,Shorts,Open,Loads,Thru,单次连接；多端口校准,Single Connection,38,不同的校准方法总结,不校准,2.,频响校准,3.1-PORT,单端校准,4.FULL 2-PORT,双端校准,DUT,SHORT,OPEN,SHORT,OPEN,SHORT,OPEN,thru,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,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,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,DUT,thru,DUT,DUT,LOAD,LOAD,LOAD,39,TRL,校准,Thru-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-Match(LRM),Thru-Reflect-Match(TRM),40,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,不同测试通道和测试端口分别设置,与,ENA,兼容的功率计,437,B(Single ch),438A(Dual ch),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),41,