日?qǐng)D課堂|典型的VNA測(cè)量

 典型的VNA 測(cè)量

VNA 執(zhí)行兩類(lèi)測(cè)量：傳輸測(cè)量和反射測(cè)量( 圖13)。傳輸測(cè)量把VNA 的激勵(lì)信號(hào)傳送通過(guò)DUT，然后在另一側(cè)由VNA 接收機(jī)測(cè)量信號(hào)。zui常見(jiàn)的傳輸S 參數(shù)測(cè)量是S21 和S12 ( 對(duì)2 端口以上為Sxy)。掃描功率測(cè)量是傳輸測(cè)量的一種形式，傳輸測(cè)量的部分其他實(shí)例有增益、插入損耗/ 相位、電氣長(zhǎng)度/ 延遲和群延遲。相比之下，反射測(cè)量中測(cè)量的是DUT 上入射的VNA激勵(lì)信號(hào)部分，而不是傳送通過(guò)DUT 的信號(hào)部分。反射測(cè)量則測(cè)量的是由于反射而返回到源端的信號(hào)。zui常見(jiàn)的反射S 參數(shù)測(cè)量是S11 和S22 ( 對(duì)2 端口以上為Sxx)。掃頻測(cè)量掃頻測(cè)量特別實(shí)用，因?yàn)樗谟脩?hù)規(guī)定的一套頻率和步進(jìn)點(diǎn)上掃描內(nèi)部源?？梢赃M(jìn)行各種測(cè)量，包括S 參數(shù)、各個(gè)入射波和反射波( 如a1, b2)、幅度、相位等。圖14 是無(wú)源濾波器的掃頻傳輸測(cè)量實(shí)例。這類(lèi)濾波器測(cè)量顯示了在傳過(guò)元件時(shí)信號(hào)發(fā)生的情況。S21 測(cè)量指

明其6 dB 響應(yīng)確定的通帶帶寬性能，另外顯示了相對(duì)于60 dB 下降指標(biāo)的帶阻性能。然后可以把實(shí)測(cè)結(jié)果與濾波器設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，或者從系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員角度與濾波器制造商的指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。

圖13. VNA 執(zhí)行傳輸測(cè)量和反射測(cè)量。

圖14. 無(wú)源濾波器掃頻傳輸測(cè)量實(shí)例。

掃頻測(cè)量還可以測(cè)量DUT 上入射的激勵(lì)信號(hào)的反射，但是反射是相對(duì)于通過(guò)DUT 傳輸而言的。這些S11 (或Sxx) 測(cè)量允許用戶(hù)檢查DUT 的性能，并與技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，比如DUT 可以是天線(xiàn)、濾波器或雙工器。圖15 是天線(xiàn)回波損耗測(cè)量實(shí)例。注意在天線(xiàn)傳輸頻帶中，大多數(shù)信號(hào)被傳輸了，因此在反射測(cè)量結(jié)果中能看見(jiàn)有一個(gè)零。

圖15. 天線(xiàn)的掃頻反射測(cè)量實(shí)例。

時(shí)域測(cè)量

某些VNA 能夠使用反向傅立葉變換，把掃頻測(cè)量轉(zhuǎn)換到時(shí)域中。通過(guò)這種方式，時(shí)域顯示在時(shí)域中，可以使用VNA 檢測(cè)信號(hào)傳過(guò)DUT 時(shí)的阻抗不匹配或斷點(diǎn)位置，找到電纜和連接中的問(wèn)題。對(duì)時(shí)域測(cè)量，分辨兩個(gè)信號(hào)的能力與測(cè)量的頻寬成反比。因此，頻寬越寬，VNA 分辨相距很小的兩個(gè)斷點(diǎn)的能力越強(qiáng)。zui大頻寬由用戶(hù)設(shè)置，可以用VNA 的頻率范圍或DUT 的實(shí)際帶寬確定。頻域中收集的數(shù)據(jù)并不是連續(xù)的，而是數(shù)量有限的離散頻率點(diǎn)。這會(huì)導(dǎo)致時(shí)域數(shù)據(jù)在頻率采樣間隔的倒數(shù)之后重復(fù)。這種信號(hào)稱(chēng)為假信號(hào)。必需正確設(shè)置頻率采樣間隔，以準(zhǔn)確測(cè)量要求的距離，在假信號(hào)發(fā)生前評(píng)估DUT 的性能。圖16 使用VNA 測(cè)量了帶有多個(gè)轉(zhuǎn)接頭的電纜。這可能是從基站子系統(tǒng)敷設(shè)到天線(xiàn)的一條基站電纜。時(shí)域測(cè)量確定到不同轉(zhuǎn)接頭的物理距離或電纜中的潛在斷點(diǎn)，幫助定位問(wèn)題區(qū)域或故障。

圖16. VNA 以數(shù)學(xué)方式把掃頻測(cè)量轉(zhuǎn)換到時(shí)域?？梢允褂眠@一測(cè)量來(lái)定位線(xiàn)路中的阻抗不匹配或問(wèn)題。

掃描頻率測(cè)量

VNA 還可以?huà)呙杓?lì)信號(hào)的輸出功率，而不是掃描頻率。對(duì)這些測(cè)量，頻率保持不變，輸出功率會(huì)在規(guī)定的功率范圍內(nèi)逐漸遞增。這是放大器常用的測(cè)量，先從低功率開(kāi)始，然后以幾分之一dB 的步進(jìn)逐漸提高功率。在放大器的線(xiàn)性區(qū)域，在輸入功率提高時(shí)，輸出功率會(huì)成比例提高。放大器輸出偏離線(xiàn)性預(yù)期1dB 的點(diǎn)稱(chēng)為1 dB 壓縮點(diǎn)( 圖17)。在放大器達(dá)到壓縮點(diǎn)時(shí)，其不再能像以前那樣提高輸出功率。對(duì)要求放大器線(xiàn)性性能的應(yīng)用，這一測(cè)量有助于確定該指標(biāo)。

圖17. 通常在放大器上進(jìn)行功率掃描測(cè)量。

測(cè)試多端口元件

當(dāng)前許多元件都有兩個(gè)以上的端口( 圖18)。它們可能有一個(gè)輸入和多個(gè)輸出，或反之。比較復(fù)雜的元件可能有多個(gè)輸入和多個(gè)輸出。如果端口之間的相互影響不是問(wèn)題，那么仍可以使用一系列2 端口測(cè)量測(cè)試其中部分元件。在需要測(cè)量多個(gè)端口之間的相互影響時(shí)，你可能要使用多端口VNA。真正的多端口測(cè)量將測(cè)量N2 個(gè)S 參數(shù)，要求擁有N 個(gè)端口的VNA，其中N 等于DUT 的端口數(shù)。S 參數(shù)并不只是S11、S21、S12 和S22，還包括S41

或S43 或S10 11。真正的多端口VNA 可能會(huì)為每個(gè)端口提供一個(gè)激勵(lì)信號(hào)。多端口誤差校正會(huì)消除測(cè)量的系統(tǒng)誤差，但要求復(fù)雜的校準(zhǔn)過(guò)程，其中必須把校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)連接到所有可能的端口組合上。

圖18. 當(dāng)前許多元件有兩個(gè)以上的端口。

小結(jié)

現(xiàn)在，我們很容易理解為什么VNA 幫助許多現(xiàn)代技術(shù)成為可能。通過(guò)為被測(cè)器件或DUT 提供已知的激勵(lì)信號(hào)，并使用多臺(tái)接收機(jī)測(cè)量響應(yīng)，VNA 形成了一個(gè)閉環(huán)，可以非常準(zhǔn)確地測(cè)量元件的電氣幅度和相位響應(yīng)。由于其*的用戶(hù)校準(zhǔn)功能，VNA 是市場(chǎng)上zui的RF 測(cè)試儀器之一。通過(guò)減少電纜、轉(zhuǎn)接頭和其他測(cè)試輔助裝置的影響，它可以審慎地隔離DUT

性能。VNA 可以測(cè)試元件指標(biāo)，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)仿真。由于這種準(zhǔn)確的表征能力，系統(tǒng)工程師可以研究電路或系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)階段到制造階段，確保一切滿(mǎn)足預(yù)期。