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RIGOL技術(shù)站:一文讀懂矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)進(jìn)階測試


  來源: 普源精電RIGOL 時(shí)間:2021-03-17 編輯:清風(fēng)
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圖4:對(duì)數(shù)幅度-頻率、SWR、相位-頻率、群時(shí)延


二、S21參數(shù)測量


S21參數(shù)可以表征在指定頻率范圍內(nèi)的插入損耗,在經(jīng)過一個(gè)完整的校準(zhǔn)后可以進(jìn)行高精度的測量。頻率響應(yīng)的測量功能可以用于測量濾波器(見圖5)或放大器的帶寬。


圖5:S11 SWR測量(左)、S21插入損耗(對(duì)數(shù)刻度)測量(右)


類似于S11測量,也可以用RSAxN測量S21的相位、插入損耗和群延遲(見圖6)。


圖6:插入損耗(綠色)、相位(藍(lán)色)和群延遲 (粉色)的S21測量


三、故障點(diǎn)距離測量DTF


DTF是S11測量的擴(kuò)展應(yīng)用,是為了定位線纜故障的距離,在頻域中測量被測電纜的反射。DTF首先通過比較反射信號(hào)和跟蹤源創(chuàng)建的參考信號(hào)來確定頻段范圍內(nèi)的反射向量,然后執(zhí)行快速傅里葉逆變換(IFFT)。結(jié)合線纜模型的特征,就能夠快速確定反射傳播的距離,準(zhǔn)確定位線纜中的故障點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性,DTF的算法中還考慮補(bǔ)償了傳輸過程中發(fā)生的衰減損耗。


圖7顯示了DUT的頻率范圍(S11)和DTF測量結(jié)果(兩根線纜之間有連接器,末端匹配50 Ω)。在S11的一定頻率范圍內(nèi)測量顯示時(shí),故障點(diǎn)只能被粗略地捕捉。但在DTF中,很容易得到故障點(diǎn)的精確距離。


圖7:S11對(duì)數(shù)數(shù)量級(jí)(左)、相同組件的DTF時(shí)間視圖(右)


四、校準(zhǔn)


精確測量的前提是校準(zhǔn)。校準(zhǔn)可以將系統(tǒng)誤差最小化,從而得到更準(zhǔn)確的測量結(jié)果。


S11/DTF校準(zhǔn)


D =方向性誤差:來自定向耦合器的非理性特性

Ms=源匹配誤差:來自VNA信號(hào)源的阻抗失配

TR= 跟蹤誤差:來自于用于信號(hào)分離器件(如定向耦合器)、混頻器和內(nèi)部檢測器的元器件的頻率響應(yīng)。

以下是一個(gè)單端口測量的誤差模型極其公式:


圖8:單端口測量的誤差模型



負(fù)載校準(zhǔn):使用50Ω阻抗[負(fù)載]時(shí),S11A為0,S11M = D(測量定向耦合器的方向性誤差)。VNA可將校準(zhǔn)后的頻率范圍內(nèi)的方向性誤差[D]降至最低。校準(zhǔn)后,RSA5000N的方向性誤差約為-40dB。


短路/開路校準(zhǔn):從DUT的角度看,源[Ms]不匹配,這會(huì)在DUT與系統(tǒng)之間形成反射環(huán)路。當(dāng)DUT顯示不匹配時(shí),可以看到此誤差。此外,連接器、電纜、內(nèi)部耦合器、檢測器導(dǎo)致頻率響應(yīng)誤差[TR]。在開路( S11A= 1)和短路( S11A= 1)校準(zhǔn)下,將產(chǎn)生兩個(gè)含有因子 Ms和 TR的方程式。


開路/負(fù)載/短路和直通校準(zhǔn)件應(yīng)該是理想的,例如短路反射系數(shù) = 1,但實(shí)際不是。例如,開路包含雜散電容,短路則包含電感。RIGOL的校準(zhǔn)套件CK106A(DC – 6.5 GHz)和CK106E(DC – 1.5 GHz)補(bǔ)償參數(shù)已經(jīng)集成到RSAxN版本中,可以進(jìn)行精確的校準(zhǔn)。如果使用其它校準(zhǔn)套件,則需要根據(jù)所使用的校準(zhǔn)套件參數(shù)自定義。


圖9:帶通濾波器的測量:端口末校準(zhǔn)測量(細(xì)線)和直通校準(zhǔn)后測量(粗線)


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