现代电子测量与实验技术(第六部分)课件

现代电子测量与实验技术（第六部分-1）调制域测量调制域测量 调制域测量的概念调制域测量的概念调制域测量的概念调制域测量的概念 A时间和幅度关系的测量为时域测量，测量这种关系特征的仪器就是示波器；A信号幅度与频率的关系就是信号的频谱，完成这种测量的仪器称为频谱分析仪；A分析一个信号频率或相位与时间之间的关系为调制域分析，完成调制域分析与测量的仪器就是调制域分析仪调制域分析仪调制域分析仪调制域分析仪。调制域测量的概念调制域测量的概念调制域测量的概念调制域测量的概念 调调制域分析制域分析制域分析制域分析仪仪的功能的功能的功能的功能 A显示信号频率、相位或其它与时间有关的参量（脉冲重复周期等等）的动态特性；A可以方便地完成诸如频偏、调频线性度、调频抖动、相位和频率监控、锁相捕获和跟踪、压控振荡器（VCO）调后漂移、时钟抖动、脉冲时间参数的变化等复杂而困难的测量任务。调调制域分析制域分析制域分析制域分析仪仪的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理 A调制域测量技术的根本要求是在一段规定的时间内动态地不间断地测量信号的频率；A解决这一问题最通用的办法是“无空闲时间计数器”，即ZDT（Zero Dead Time Counter）技术。ZDTZDTZDTZDT技技技技术术的原理框的原理框的原理框的原理框图图 ZDT技术的关键A要保证计数器连续工作不受取样读数的影响；A精确的事件和时间数据结合在一起就可以描述被测信号的频率、相位及其它特性参数的计时特征。调调制域分析制域分析制域分析制域分析仪仪的构成的构成的构成的构成 调调制域分析制域分析制域分析制域分析仪仪的的的的测频过测频过程程程程 调调制域分析制域分析制域分析制域分析仪仪的的的的测测相相相相过过程程程程 调调制域分析制域分析制域分析制域分析仪应仪应用用用用实实例例例例 A精确的雷达信号特性测量 调调制域分析制域分析制域分析制域分析仪应仪应用用用用实实例例例例 A锁相环的特性测量现代电子测量与实验技术（第六部分-2）网络分析网络分析基本概念基本概念基本概念基本概念 A网络分析是通过测量网络输入端和输出端对频率扫描和功率扫描测试信号的幅度与相位的影响、来精确表征线性系统特性的一种方法；A网网络络分分析析仪仪就是完成以一种特定的激励信号作用于被测网络并接收和处理网络的响应信号，计算或量化特定的网络模型及参数的一种仪器。对对网网网网络络分析的分析的分析的分析的测测量需求量需求量需求量需求 A任何网络在传输信号时，都应以最高效率和最小失真使信号从一处传递到另一处，由此对网络分析提出了需求。对对网网网网络络分析的分析的分析的分析的测测量需求量需求量需求量需求 A由于线性网络可能改变信号各个频谱分量的幅度或相位关系，所以也有可能改变所通过信号的时间波形。对对网网网网络络分析的分析的分析的分析的测测量需求量需求量需求量需求 A如果某一滤波器中通过方波输入信号时造成其第3次谐波的相位倒置，则输出波形将更具脉冲特性。对对网网网网络络分析的分析的分析的分析的测测量需求量需求量需求量需求 A非线性网络，如饱和、串扰、互调及其它非线性影响都能导致信号失真。矢量矢量矢量矢量测测量的必要性量的必要性量的必要性量的必要性 A为了全面表征线性网络，确保无失真传输，需要进行幅度和相位的测量；A为了设计高效率的匹配网络，必须测量复阻抗；A开发计算机辅助工程（CAE）电路仿真程序模型也需要幅度和相位数据进行精确模拟。入射功率和反射功率的基本概念入射功率和反射功率的基本概念入射功率和反射功率的基本概念入射功率和反射功率的基本概念 J网络分析仪能精确测量入射能量、反射能量和传输能量。史密斯史密斯史密斯史密斯圆图圆图 C对一个器件所发生的反射大小取决于入射信号“看到的”阻抗。任何阻抗均能用实部和虚部（R+jX或GjB）表示。功率功率功率功率传传送条件送条件送条件送条件 C为了将最大功率传送到负载，在两个器件的连接处必须满足理想的匹配条件。功率功率功率功率传传送条件送条件送条件送条件 C若传输线的终端负载等于其特性阻抗时，便没有反射信号，传输的功率最大。功率功率功率功率传传送条件送条件送条件送条件 C当传输线终端开路或短路时，在传输线上都会建立驻波，电压谷值将为0，而电压峰值将为入射电压电平的二倍。网网网网络络的基本参数分析的基本参数分析的基本参数分析的基本参数分析 C反射系数：反射系数是反射信号电压电平与入射信号电压电平之比，用复反射系数表示，的幅值称为。0dB网网网网络络的基本参数分析的基本参数分析的基本参数分析的基本参数分析 C回波损耗（RL）：用对数（dB）表示反射系数的一种方法。回波损耗是反射信号低于入射信号的dB数。C电压驻波比（VSWR）：VSWR定义为射频包络的最大值与最小值之比。是另一个用来表示反射的方法。网网网网络络的基本参数分析的基本参数分析的基本参数分析的基本参数分析 C传输系数：传输系数定义为被传输的电压除以入射电压。网网网网络络的基本参数分析的基本参数分析的基本参数分析的基本参数分析 C群时延：相位失真的一个有用量度是群延时，这个参数是信号通过被测器件的传输时间随频率变化的量度。微波网微波网微波网微波网络络的表征方法的表征方法的表征方法的表征方法 C对于低频电路采用集总参数的分析方法，利用阻抗参数Z或导纳参数Y来表示；C在微波频段，因为采用了波的概念，所以微波网络常用S参数表示。微波网微波网微波网微波网络络的表征方法的表征方法的表征方法的表征方法 C任何双口网络都可以用4个S参数来表示其端口特性，S参数的四个下标中，第一个表示波出现的端口，第二个表示波进入的端口。微波网微波网微波网微波网络络的表征方法的表征方法的表征方法的表征方法 C各S参数的定义与物理意义变量名称或参数名称物理意义变量名称或参数名称物理意义a1进入端口1的入射波|a1|2进入端口1的入射波功率a2进入端口2的入射波|A2|2进入端口2的入射波功率b1网络端口1的出射波包括反射波和端口2到端口1的传输波|b1|2网络端口1的出射波功率b2网络端口2的出射波包括反射波和端口1到端口2的传输波|b2|2网络端口2的出射波功率S11=b1/a1|a2=0当端口2接匹配负载时端口1的反射系数|S11|2网络端口1的出射波功率与入射波功率之比S22=b2/a2|a1=0当端口1接匹配负载时端口2的反射系数|S22|2网络端口2的出射波功率与入射波功率之比S21=b2/a1|a2=0当端口2接匹配负载时正向传输增益|S21|2当端口2接匹配负载时正向功率增益S12=b1/a2|a1=0当端口1接匹配负载时反向传输增益|S12|2当端口1接匹配负载时反向功率增益微波网微波网微波网微波网络络的表征方法的表征方法的表征方法的表征方法 C实际工作中常用到的反射参数和传输参数均可由S参数导出。=反射参数：或K驻波比：微波网微波网微波网微波网络络的表征方法的表征方法的表征方法的表征方法 =反射参数：%反射系数：输入端 =S11 输出端 =S22%阻抗：输入端 Z=R+jX=Z0(1+S11)/(1-S11)输出端 Z=R+jX=Z0(1+S22)/(1-S22)%回波损耗 输入端 RL=20lg(1/|S11|)输出端 RL=20lg(1/|S22|)微波网微波网微波网微波网络络的表征方法的表征方法的表征方法的表征方法 =传输参数：%增益 G=20lg|S21|%衰减 L=20lg(1/|S21|)%传输系数 正向 T=S21 反向 T=S12%传输相移 正向=arctanS21 反向=arctanS12%时延 tan=-d/d S S S S参数的参数的参数的参数的测测量原理量原理量原理量原理 K反射参数测量系统%S参数中的S11和S22用来描述网络端口的反射特性，对S11和S22的测量要使用反射参数测试系统。S S S S参数的参数的参数的参数的测测量原理量原理量原理量原理 K传输参数测量系统%表征网络传输特性的参量是S21和S12，对它们的测量要使用传输参数测量系统。S S S S参数的参数的参数的参数的测测量原理量原理量原理量原理 K幅相接收机%幅相接收机的作用就是测出参考信号R和测试信号T这两路信号的幅度之比和两路信号的相位之差。S S S S参数的参数的参数的参数的测测量原理量原理量原理量原理 K幅相接收机%相位测量 S S S S参数的参数的参数的参数的测测量原理量原理量原理量原理 K定向耦合器%定向耦合器由“直通”路径和“耦合”路径组成，“耦合”路径能转移少量沿“直通”路径行进的功率。耦合因数(dB)=10log（正向耦合功率入射功率）S S S S参数的参数的参数的参数的测测量原理量原理量原理量原理 K定向耦合器%理想情况下沿反方向经过耦合器的信号不应出现在耦合端口上。但由于耦合端口之间的有效隔离度，在耦合端口上总会出现某些能量。隔离度(dB)=-10lg（反向耦合功率入射功率）S S S S参数的参数的参数的参数的测测量原理量原理量原理量原理 K定向电桥%定向电桥也能用来测量反射信号；%在定向电桥中，若所有四个臂的电阻均相等，则电桥的电压为零；%当测试端口接入测试系统的特性阻抗时便会实现平衡。%若测试端口的阻抗不等于测试系统的特性阻抗，则电桥两端的电压正比于被测器件所呈现的失配。网网网网络络分析分析分析分析仪仪的的的的组组成成成成 K网络分析仪的种类%标量网络分析仪：只能测量网络的幅频特性的网络分析仪；%矢量网络分析仪：可同时测量被测网络的幅度信息和相位信息。网网网网络络分析分析分析分析仪仪的的的的组组成成成成 K标量网络分析仪与矢量网络分析仪的比较 标量网络分析仪矢量网络分析仪测试装置反射、传输S参数与反射、传输信号分离器件标量电桥、定向耦合器定向耦合器检测方式二极管检波方式锁相接收方式激励信号源扫频信号源合成扫频信号源测量信号类型标量幅度测量矢量幅度、相位，群延时测量测量功能少多测量精度低高组成系统简单复杂成本低高应用环境大批量生产测量或实验室科学研究实验室科学研究，射频段率先进入大批量生产测量网网网网络络分析分析分析分析仪仪的的的的组组成成成成 K原理框图网网网网络络分析分析分析分析仪应仪应用用用用实实例例例例 K对滤波器进行测量 网网网网络络分析分析分析分析仪应仪应用用用用实实例例例例 K误差修正对于滤波器通带的精确测量常常是重要的。网网网网络络分析分析分析分析仪应仪应用用用用实实例例例例 K放大器的功率扫描测量N除扫频测量能用来对滤波器作出评估之外，许多网络分析仪还能完成适于表征器件的非线性特性的功率扫描测量。网网网网络络分析分析分析分析仪应仪应用用用用实实例例例例 K放大器的功率扫描测量N1dB增益压缩点：引起放放器增益相对于放大器的小信号增益或线性增益有ldB降低时的输入功率；N放大器的ldB增益压缩点可由显示功率扫描的归一化增益加以测量。网网网网络络分析分析分析分析仪应仪应用用用用实实例例例例 K对AM到PM变换的评估 NAM-PM变换通常定义为放大器的输入功率增加1dB时输出相位的变化，并表示为（/dB），理想放大器在其相位响应与输入信号电平之间没有相互作用。NAM-PM变换可以用矢量网络分析仪的功率扫描来测量。网网网网络络分析分析分析分析仪应仪应用用用用实实例例例例 K对AM到PM变换的评估 谢谢！