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日图课堂|典型的VNA测量

典型的vna 测量
vna 执行两类测量:传输测量和反射测量( 图13)。传输测量把vna 的激励信号传送通过dut,然后在另一侧由vna 接收机测量信号。zui常见的传输s 参数测量是s21 和s12 ( 对2 端口以上为sxy)。扫描功率测量是传输测量的一种形式,传输测量的部分其他实例有增益、插入损耗/ 相位、电气长度/ 延迟和群延迟。相比之下,反射测量中测量的是dut 上入射的vna激励信号部分,而不是传送通过dut 的信号部分。反射测量则测量的是由于反射而返回到源端的信号。zui常见的反射s 参数测量是s11 和s22 ( 对2 端口以上为sxx)。扫频测量扫频测量特别实用,因为它在用户规定的一套频率和步进点上扫描内部源。可以进行各种测量,包括s 参数、各个入射波和反射波( 如a1, b2)、幅度、相位等。图14 是无源滤波器的扫频传输测量实例。这类滤波器测量显示了在传过元件时信号发生的情况。s21 测量指
明其6 db 响应确定的通带带宽性能,另外显示了相对于60 db 下降指标的带阻性能。然后可以把实测结果与滤波器设计目标进行对比,或者从系统设计人员角度与滤波器制造商的指标进行对比。
图13. vna 执行传输测量和反射测量。
图14. 无源滤波器扫频传输测量实例。
扫频测量还可以测量dut 上入射的激励信号的反射,但是反射是相对于通过dut 传输而言的。这些s11 (或sxx) 测量允许用户检查dut 的性能,并与技术数据进行对比,比如dut 可以是天线、滤波器或双工器。图15 是天线回波损耗测量实例。注意在天线传输频带中,大多数信号被传输了,因此在反射测量结果中能看见有一个零。
图15. 天线的扫频反射测量实例。
时域测量
某些vna 能够使用反向傅立叶变换,把扫频测量转换到时域中。通过这种方式,时域显示在时域中,可以使用vna 检测信号传过dut 时的阻抗不匹配或断点位置,找到电缆和连接中的问题。对时域测量,分辨两个信号的能力与测量的频宽成反比。因此,频宽越宽,vna 分辨相距很小的两个断点的能力越强。zui大频宽由用户设置,可以用vna 的频率范围或dut 的实际带宽确定。频域中收集的数据并不是连续的,而是数量有限的离散频率点。这会导致时域数据在频率采样间隔的倒数之后重复。这种信号称为假信号。必需正确设置频率采样间隔,以准确测量要求的距离,在假信号发生前评估dut 的性能。图16 使用vna 测量了带有多个转接头的电缆。这可能是从基站子系统敷设到天线的一条基站电缆。时域测量确定到不同转接头的物理距离或电缆中的潜在断点,帮助定位问题区域或故障。
图16. vna 以数学方式把扫频测量转换到时域。可以使用这一测量来定位线路中的阻抗不匹配或问题。
扫描频率测量
vna 还可以扫描激励信号的输出功率,而不是扫描频率。对这些测量,频率保持不变,输出功率会在规定的功率范围内逐渐递增。这是放大器常用的测量,先从低功率开始,然后以几分之一db 的步进逐渐提高功率。在放大器的线性区域,在输入功率提高时,输出功率会成比例提高。放大器输出偏离线性预期1db 的点称为1 db 压缩点( 图17)。在放大器达到压缩点时,其不再能像以前那样提高输出功率。对要求放大器线性性能的应用,这一测量有助于确定该指标。
图17. 通常在放大器上进行功率扫描测量。
测试多端口元件
当前许多元件都有两个以上的端口( 图18)。它们可能有一个输入和多个输出,或反之。比较复杂的元件可能有多个输入和多个输出。如果端口之间的相互影响不是问题,那么仍可以使用一系列2 端口测量测试其中部分元件。在需要测量多个端口之间的相互影响时,你可能要使用多端口vna。真正的多端口测量将测量n2 个s 参数,要求拥有n 个端口的vna,其中n 等于dut 的端口数。s 参数并不只是s11、s21、s12 和s22,还包括s41
或s43 或s10 11。真正的多端口vna 可能会为每个端口提供一个激励信号。多端口误差校正会消除测量的系统误差,但要求复杂的校准过程,其中必须把校准标准连接到所有可能的端口组合上。
图18. 当前许多元件有两个以上的端口。
小结
现在,我们很容易理解为什么vna 帮助许多现代技术成为可能。通过为被测器件或dut 提供已知的激励信号,并使用多台接收机测量响应,vna 形成了一个闭环,可以非常准确地测量元件的电气幅度和相位响应。由于其*的用户校准功能,vna 是市场上zui的rf 测试仪器之一。通过减少电缆、转接头和其他测试辅助装置的影响,它可以审慎地隔离dut
性能。vna 可以测试元件指标,检验设计仿真。由于这种准确的表征能力,系统工程师可以研究电路或系统级设计,从设计阶段到制造阶段,确保一切满足预期。
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