矢量网络分析仪在测量传输矢量信号中的应用

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摘要:随着科学技术的不断发展,网络分析仪从原来的标量网络分析仪到目前的矢量网络分析仪,原来只能测传输特性的增益到可测相位、群延时等参数。该文主要介绍网络分析仪的参数和几种新的测量方法。

关键词:传输特性  矢量

中图分类号:TM935 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2014)09-0057-03

Abstract:With the development of science and technology,network analyzer evolved from the scalar network analyzer to the vector network analyzer.The objects evolved from the gain of transmission characteristic to the parameter of phase and group delay.The paper introduces the parameter of the network analyzer and several new measuring methods.

Key Words:Transmission Characteristics  Vector

1 引言

本文对器件和网络的反射特性和传输特性重点介绍了矢量网络分析仪测量混频器、放大器、滤波器、负载等的方法。该仪器是一种测量多端网络的测试设备,相位波动参数的测试是利用矢量网络分析仪的电子延迟(Electrical Delay)功能来实现的。矢量网络分析仪既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数、幅值,又能测相位,矢量网络分析仪能用史密斯圆图、极坐标显示测试数据。矢量网络分析仪功能很多,对使用者的专业技术要求较高。

2 器件和网络的反射特性和传输特性

2.1 首先介绍反射特性和传输特性(图1)

(1)反射特性包括:S参数(、)、驻波比(SWR)、反射系数、、阻抗R+jX、G+jB。

(2)传输特性包括:S参数(、)、传输系数、插入损耗、增益、相位、群延时。

2.2 两端口的网络分析仪

对于两端口的网络分析仪来讲,正向测试时为当被测件输出端接匹配负载1端口反射系数,为当被测件输出端接匹配负载时端口1→端口2的传输系数;在反向测量时为当被测件端口接匹配负载时2端口反射系数,为当被测件输出端接匹配负载时端口2→端口1的传输系数。

1端口反射系数;

1端口到2端口传输系数;

2端口反射系数;

2端口到1端口传输系数;

3 网络分析仪可测量混频器、放大器、滤波器、负载等器件参数

3.1 混频器的测量

通常混频器是将射频信号与本振信号通过乘法器加滤波器,把频率变为中频信号的器件。

中频信号

相乘得:

经中频滤波器得到:

主要测量传输特性参数:变频损耗、群延时、相位

变频损耗(dB)=

使用网络分析仪测量标量特性,网络分析仪端口1接混频器的RF端,本振信号接混频器的LO端,中频输出端通过中频滤波器接网络分析仪端口2可测变频损耗。

群延时是信号通过器件的相位变化与频率的比值(),通常群延时被用来描述信号通过一个线性器件时的传输延时()和线性相位的偏离,网络分析仪通过此接法可以测量混频器的相位和群延时。

3.2 放大器测量

这里主要介绍传输特性参数:增益、增益平坦度、增益压缩、相位、群延时。放大器的增益定义为输出功率与输入功率之比,带内增益平坦度定义为在整个工作频率范围内增益的变化1dB增益压缩点定义为放大器的增益比线性区增益低1dB时输出功率。测量接线图如图2。

在测量增益和增益平坦度时,网络分析仪的测量功能Mess选在S21,通过Marker标识直接可读出增益和增益平坦度。

网络分析仪要完成放大器件1dB压缩的测量,必须具备功率扫描功能,且网络分析仪与功率计用GPIB连接做网络分析仪端口信号校准。

在网络分析仪上可直接读出1dB增益压缩点。

按Format可测得PHASE(相位)和DELAY(群延时)

在测量放大器等有源器件时要特别注意网络分析仪的保护,要注意端口所能承受的直流电压和交流功率,否则会对网络分析仪造成损害,可根据需要加一些辅助的器件,如隔直电容或者衰减器等。

3.3 滤波器的测量

滤波器是一种选频电路,它可以让某些频率通过而抑制其它频率,其指标为通带频率范围、插入损耗、带内抖动、带通滤波器的Q值及群延时。

通带的起始频率,为中心频率,为通带的终止频率。

在矢量网络分析仪中,首先对矢量网络分析仪做校准,然后设置滤波器的起始频率和终止频率并使用Mess中S21功能和Format中LOGMAT功能,观测到滤波器的频率响应图,从而测得频率范围插入损耗、带通滤波器的Q值,再用DELAY功能测量群延迟。

3.4 负载的测量

负载是单端口纯电阻、没有电抗分量,能用网络分析仪中史密斯圆图和极坐标功能显示测试数据,负载的主要指标为反射特性(S11)参数:特性阻抗与负载的输入阻抗的比值,反射系数为矢量,包含幅度和相位信息,电压反射系数 :传输线特性阻抗,:传输线终端负载在网络分析仪测量负载时,主要指标是电压驻波比,此指标可在网络分析仪上直接测量。

4 结语

目前矢量网络分析仪测量已经广泛应用到军用和民用通信行业,是测量两端网络传输特性增益、相位、群延时;反射特性驻波比、反射系数、的有效仪器。

参考文献

[1]朱辉.实用射频测试和测量.北京电子工业出版社,2012.9.

[2]张肃文.高频电子线路.高等教育出版社.

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