微波仿真論壇 - 網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ) - 圖文-

1、2008/1/9Page 1網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ)劉迪應(yīng)用工程師安捷倫科技2008年1月7日2008/1/9Page 2目錄RECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED (ATRANSMITTED(BINCIDENT (RSIGNALSEPARATION SOURCE Incident ReflectedTransmittedDUT什么是網(wǎng)絡(luò)分析儀?史密斯圓圖& 散射參數(shù)高頻器件特性什么是網(wǎng)絡(luò)分析儀網(wǎng)絡(luò)分析儀硬件結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部框圖激勵(lì)源信號分離裝置接收機(jī)顯示處理單元網(wǎng)絡(luò)分析儀測試校準(zhǔn)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)分析儀測量誤差分析校準(zhǔn)方法雙端口校準(zhǔn)TRL 校準(zhǔn)電

2、子校準(zhǔn)件網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)品縱覽典型測量應(yīng)用ENA 系列射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA 系列微波網(wǎng)絡(luò)分析儀Port 1Port 2E S 11S 21S 12S 22E SE D E RT E TTE La 1b 1A A AA X a2b 22008/1/9Page 3射頻信號入射反射傳輸光信號棱鏡器件射頻微波信號在器件中的傳播反射入射傳輸入射什么是網(wǎng)絡(luò)分析?2008/1/9Page 4把阻抗從直角坐標(biāo)映射到極坐標(biāo)= 0Z L = Zo 等電抗圓等電阻圓史密斯圓圖(openZ L = =±180o 1(short Z L = 0 =±0o10+R+jX-jX直角坐標(biāo)2008/1/9Pag

3、e 5散射參數(shù)S 11=反射入射=b 1a 1a 2=0S 21=傳輸入射=b 2a 1a 2=0S 22=反射入射=b 2a 2a 1=0S 12=傳輸入射=b1a 2a 1=0入射傳輸S 21S 11反射b 1a 1b2Z 0負(fù)載a 2=0器件前向入射傳輸S 12S 22反射b2a 2b a 1=0器件Z 0負(fù)載反向11212反射特性駐波比S 參數(shù)S 11, S 22反射系數(shù)阻抗, 導(dǎo)納R+jX, G+jB 回波損耗, r 增益/損耗S 參數(shù)S 21, S 12群時(shí)延傳輸系數(shù)插入相位,入射反射傳輸R BA反射入射A R =傳輸入射BR=高頻器件特性器件2008/1/9Page 7什么是網(wǎng)絡(luò)

4、分析儀?矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNAs是激勵(lì)-響應(yīng)測試系統(tǒng)描述射頻微波元器件的前向和反向反射、傳輸特性(S 參數(shù) 測量線性幅度和相位掃描速度快具有最高的測量精度S 21S 12S 11S 22R1R2激勵(lì)源本振測試端口2BA 測試端口1相位幅度被測件反射傳輸2008/1/9Page 8目錄RECEIVER / DETECTORPROCESSOR / DISPLAYREFLECTED (ATRANSMITTED(BINCIDENT (RSIGNALSEPARATION SOURCE Incident ReflectedTransmitted DUT什么是網(wǎng)絡(luò)分析儀?網(wǎng)絡(luò)分析儀硬件結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部框圖

5、激勵(lì)源信號分離裝置接收機(jī)顯示處理單元網(wǎng)絡(luò)分析儀測試校準(zhǔn)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)品縱覽Port 1Port 2E S 11S 21S 12S 22E SE D E RT E TT E La 1b 1A A AA X a2b 22008/1/9Page 9接收機(jī)顯示處理單元反射(A傳輸(B入射(R信號分離裝置激勵(lì)源入射反射傳輸被測件網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部框圖測試端口1R 激勵(lì)源開關(guān)1開關(guān)2測試端口2RA B被測件反射傳輸BR A2008/1/9Page 10激勵(lì)源O 為被測件提供激勵(lì)信號O 具備功率和頻率掃描功能O 頻率合成器實(shí)現(xiàn),保證頻率精度及穩(wěn)定度;ALC 電路保證功率的精度右邊為其他公司最高端網(wǎng)分源的諧波抑

6、制(dBc-20-6024GHz to 26.5 GHz -20-6016GHz to 20GHz -20-6010 GHz to 16GHz -20-603.2 GHz to 10 GHz -20-602GHz to 3.2 GHz -20-5150 MHz to 2GHz -20-5110 MHz to 50 MHz2008/1/9Page 11信號分離裝置定向耦合器測量入射信號作為參考信號分離入射信號和反射信號接收機(jī)顯示處理單元反射(A傳輸(B入射(R信號分離裝置激勵(lì)源入射反射傳輸被測件2008/1/9Page 12窄帶檢波調(diào)諧式接收機(jī)O 最佳靈敏度/ 動(dòng)態(tài)范圍O 抑制諧波/ 雜散信號O

7、 可以通過增大功率, 減小中頻帶寬, 或者平均化改善動(dòng)態(tài)范圍O 需在噪底和測量速度之間權(quán)衡10 MHz 26.5 GHzADC / DSP 接收機(jī)顯示處理單元反射(A傳輸(B入射(R信號分離裝置激勵(lì)源入射反射傳輸被測件2008/1/9Page 13窄帶檢波調(diào)諧式接收機(jī)(續(xù)ADC / DSP Error Due to Interfering Signal0.0010.010.11101000-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65-70Interfering signal (dBE r ro r (d B ,d e g phaseerror magn erro

8、r+-動(dòng)態(tài)范圍對應(yīng)測量精度來說非常重要!12513020GHz to 24GHz 13013316GHz to 20GHz 指標(biāo)對比(左邊為安捷倫PNA-X,右邊為其他公司最高端網(wǎng)分標(biāo)配下的動(dòng)態(tài)范圍(dB11512424GHz to 26.5GHz 13013410GHz to 16 GHz 1301373.2GHz to 10GHz 125130500 MHz to 3.2GHz 105131100 MHz to 500MHz 10511650 MHz to 100 MHz 9010610 MHz to 50 MHz2008/1/9Page 14顯示處理單元記住4條:32個(gè)獨(dú)立的測量通道窗口

9、數(shù)目不限每個(gè)窗口最多支持8個(gè)當(dāng)前跡線及8個(gè)memory 跡線1個(gè)通道即可顯示4個(gè)S 參數(shù)通道Trace Trace Trace Trace Trace 跡線跡線參數(shù)格式范圍標(biāo)記電延遲相位偏移平滑極限測試時(shí)域轉(zhuǎn)變通道參數(shù)掃描種類頻率功率中頻帶寬測量點(diǎn)數(shù)觸發(fā)狀態(tài)平均化校準(zhǔn)窗口窗口窗口窗口跡線(通道1跡線(通道2跡線(通道1跡線(通道2跡線(通道3跡線(通道4全局參數(shù)觸發(fā)源端口延伸射頻功率開/關(guān)2008/1/9Page 153通道測量例子窗口窗口窗口通道1窄帶掃頻S11S21通道2寬度掃頻S21通道3功率掃描S21S112008/1/9Page 16目錄Port 1Port 2E S 11S 21S

10、 12S 22E SE D E RT E TT E La 1b 1AA AA X a2b 2短路開路負(fù)載什么是網(wǎng)絡(luò)分析儀?網(wǎng)絡(luò)分析儀硬件結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分析儀測試校準(zhǔn)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)分析儀測量誤差分析校準(zhǔn)方法雙端口校準(zhǔn)TRL 校準(zhǔn)電子校準(zhǔn)件網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)品縱覽2008/1/9Page 17為什么需要校準(zhǔn)為什么必需校準(zhǔn)?不太可能制造出完美的網(wǎng)分硬件,比如說網(wǎng)分內(nèi)部的源匹配S11=0,即S11=-dB,非常難,一般有-50dB就很好了就算能制造出足夠好的硬件,可以不需要誤差校正,實(shí)現(xiàn)起來也太困難,成本也太高怎樣保證測量準(zhǔn)確度(即50歐姆或其他特性阻抗環(huán)境下測量?通過校準(zhǔn),來保證網(wǎng)分的端口輸出阻抗為50ohm 或其他

11、特性阻抗不是一年一度的儀器本身校準(zhǔn),儀器本身校準(zhǔn)只是確保達(dá)到出廠時(shí)的指標(biāo),比如說出廠時(shí)源匹配為-50dB ,儀器本身校準(zhǔn)后,重新達(dá)到-50dB校準(zhǔn)到底有什么好處?消除測量中的最大不確定度: 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差導(dǎo)致了網(wǎng)分的端口輸出阻抗遠(yuǎn)離50ohm 或其他特性阻抗系統(tǒng)誤差2008/1/9Page 18系統(tǒng)誤差O由于網(wǎng)絡(luò)分析儀硬件及被測件測量設(shè)置的不完美引起的O 系統(tǒng)誤差導(dǎo)致了網(wǎng)分的端口輸出阻抗遠(yuǎn)離50ohm 或其他特性阻抗O 具有重復(fù)性(可預(yù)測隨機(jī)誤差O 時(shí)變,無重復(fù)性(不可預(yù)測O 主要的來源: 儀器噪聲, 開關(guān)和連接器的重復(fù)性漂移誤差(通過一年一度的儀器自身校準(zhǔn)消除O 校準(zhǔn)后儀器性能發(fā)生變化O

12、主要由溫度變化造成的測量誤差模型測量數(shù)據(jù)未知器件系統(tǒng)隨機(jī)漂移誤差校準(zhǔn)再校準(zhǔn)2008/1/9Page 19源失配誤差系統(tǒng)測量誤差A(yù) B負(fù)載失配誤差串?dāng)_誤差方向性誤差DUT頻響誤差O 反射跟蹤(A/RO 傳輸跟蹤(B/RR 2端口器件:6個(gè)前向和6個(gè)反向誤差項(xiàng)共12項(xiàng)誤差項(xiàng)2008/1/9Page 20校準(zhǔn)方法類型O 頻響校準(zhǔn)(歸一化Q 操作簡單, 精度不高Q 消除頻響誤差O 1端口校準(zhǔn)(反射測量Q 消除3個(gè)系統(tǒng)誤差項(xiàng)Q 方向性誤差, 源失配誤差, 及反射跟蹤誤差O 雙端口校準(zhǔn)(反射和傳輸測量Q 消除12個(gè)系統(tǒng)誤差項(xiàng), 精度最高Q 方向性誤差, 源失配誤差, 負(fù)載失配誤差, 反射跟蹤誤差, 傳輸跟

13、蹤誤差, 串?dāng)_誤差O 增強(qiáng)型頻響校準(zhǔn)Q 結(jié)合了頻響校準(zhǔn)和1端口校準(zhǔn)Q 改善了源失配校準(zhǔn)時(shí)所采用的標(biāo)準(zhǔn)件種類Q 機(jī)械校準(zhǔn)件,支持到325GHzQ 電子校準(zhǔn)件(EcalVector-error correction is the process of characterizing systematic error terms by2008/1/9Page 21雙端口校準(zhǔn)適合不同的器件測量O SOLT: Short-Open-Load-Thru (短路開路負(fù)載直通Q 傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法, 標(biāo)準(zhǔn)件為機(jī)械校準(zhǔn)件或者電子校準(zhǔn)件Q 適合同軸環(huán)境測量O TRL: Thru-Reflect-Line (直通反射負(fù)載Q

14、 適合非同軸環(huán)境測量(波導(dǎo),夾具, 片上晶圓Q 必須根據(jù)被測件的測量環(huán)境設(shè)計(jì)TRL 校準(zhǔn)件Q 對非同軸測量具有最高的精度Q 有不同的形式: LRL,TRM, TOM, TSM, LRM, LRA, 未知直通(SOLR2008/1/9Page 22直通標(biāo)準(zhǔn)件直通-反射-延遲線(TRL 校準(zhǔn)我們都知道短路-開路-負(fù)載-直通(SOLT 校準(zhǔn).什么是TRL 校準(zhǔn)呢?O 雙端口校準(zhǔn)技術(shù)O 適合非同軸測量(波導(dǎo),夾具, 片上晶圓O 8項(xiàng)系統(tǒng)誤差模型O 需要根據(jù)被測件設(shè)計(jì)TRL 校準(zhǔn)件O TRL (要求網(wǎng)分有4個(gè)接收機(jī)O 多種形式: Line-Reflect-Match (LRM,Thru-Reflect-

15、Match (TRM, 等等TRL 校準(zhǔn)適用于非同軸射頻微波測量延遲線標(biāo)準(zhǔn)件場效應(yīng)晶體管放大器開路標(biāo)準(zhǔn)件國內(nèi)只有安捷倫能提供TRL 校準(zhǔn)支持!2008/1/9Page 23多種模塊,頻率范圍從30 kHz 到67GHz9種連接器類型(F 頭/N 頭50/N 頭75/3.5mm/7mm/7-16/2.92mm/2.4mm/1.85mm連接器類型可不同一次連接(支持雙端口校準(zhǔn)和1端口校準(zhǔn)Q 減少校準(zhǔn)時(shí)間Q 操作簡單Q 減少標(biāo)準(zhǔn)件連接Q 減少操作失誤雙端口,4端口可自定義電子校準(zhǔn)件ECal: 電子校準(zhǔn)件電子校準(zhǔn)件:通過傳輸線與不同的PIN 二極管開關(guān)并聯(lián)來設(shè)置不同的阻抗?fàn)顟B(tài)到67GHz ,唯有安捷倫

16、!其他公司最高才到24GHz9種連接頭類型,安捷倫獨(dú)有有的公司電子校準(zhǔn)不支持1端口校準(zhǔn)2008/1/9Page 24目錄什么是網(wǎng)絡(luò)分析儀?網(wǎng)絡(luò)分析儀硬件結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分析儀測試校準(zhǔn)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)品縱覽典型測量應(yīng)用ENA 系列射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA 系列微波網(wǎng)絡(luò)分析儀2008/1/9Page 25安捷倫公司提供了最全的網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)品線,涵蓋了各種性能,各個(gè)型號,頻率范圍從9 kHz 到325GHz 。ENA 系列射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀8.5 GHz 3 GHz 1.5 GHz PNA 系列微波網(wǎng)絡(luò)分析儀325 GHz110 GHz67 GHz 50 GHz40 GHz 20 GHz 13.5 GHz 6 GH

17、z網(wǎng)絡(luò)分析儀行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者2008/1/9Page 26安捷倫公司提供了各種性能的網(wǎng)絡(luò)分析儀,能夠滿足研發(fā)和生產(chǎn)的不同測量要求。從基本的S 參數(shù)測量到更高級的測量應(yīng)用, 例如:最全的測量應(yīng)用天線測量放大器測量平衡器件測量有線電視測量(75歐姆變頻器件測量夾具測量材料測量毫米波測量混頻器測量多端口器件測量片上晶圓測量脈沖S 參數(shù)測量信號完整性更多2008/1/9Page 271967 8410A19888720系列新款經(jīng)濟(jì)型微波網(wǎng)絡(luò)分析儀19848510A 樹立了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1996 8510XF單次掃描到110GHz19868753系列新款經(jīng)濟(jì)型射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀19758542A安捷倫科技網(wǎng)絡(luò)分析儀40年的優(yōu)良品質(zhì)2000PNA: 新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2001 ENA19918711系列低頻2007 PNA-X2008/1/9Page 28PNA-X 最出色的網(wǎng)絡(luò)分析儀高10.4”英寸LCD 高分辨率可配置測試裝置方便連接電子校準(zhǔn)件(ECAL, U 盤,打印機(jī)及更多前面板4個(gè)USB 口后面板4個(gè)USB 口操作方便,3種方式:前面板,軟功能鍵或者下拉菜單觸摸屏一鍵式宏(Macro簡化測量設(shè)置支持局域網(wǎng),GPIB 連接及基于Windows 開發(fā)