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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 网络分析,网络测量分为两类：通过网络的传输能量、在网络输入或输出端口的反射能量。,对双端口网络的全局部析需要采用多通道网络分析仪和S参量测试装置。,简单的测量，例如单一的传输参数测量，可以不用复杂的设备。,6-1 根本的网络测量,双口网络的传输参数测量方法：对一个端口施加信号、在另一端口测量其响应，如图6-1所示。,将信号源接到网络的输入端，在网络的输出端测量其响应，即可测出网络的正向传输特性；鼓励网络的输出端，在输入端测量其响应，那么可测出网络的反向传输特性；,图6-1 双口网络中的传输和反射测量,网络输入端反射的测量方法：,将信号施加在该输入端口并测量输入端反射的行波；,输出端反射的测量方法与此类似。,6-2 示波器和扫描发生器,利用示波器和扫描发生器可以实现简单的标量网络分析，如图6-2所示。,这种测量适合传递函数的幅值不是相位的传输测量。,图6-2 利用示波器和扫描发生器,实现根本的传输测量,X水平输入发生器的扫描电压，发生器的扫描电压正比于发生器的频率；,Y垂直输入是被测器件的输出；,当发生器扫描时，被测器件的输出便在示波器的显示屏上显示出来；,扫描发生器的标记输出可用于在示波器显示屏上进行精确地鉴别频率；,将这些标记输出信号加到示波器的亮度Z轴输入，当标记频率扫过时，示波器的亮度发生变化。,具体：示波器工作在X-Y通道对通道方式,这种方法的特点：,要求扫描发生器的输出在频率变化时保持不变，扫描发生器输出平坦度不理想将产生测量误差；,缺点：示波器的线性显示具有有限的动态范围；,6-3 带扫描发生器的频谱分析仪,频谱分析仪具有“最大保持的功能，使显示保持在每个频率的最大测量值上。,与扫描发生器配合使用，可以进行标量传输测量，如图6-3所示。,图6-3 利用扫描发生器和频谱分析仪,进行传输测量,具体方法：,将扫描发生器和频谱分析仪调节到扫描所关心的频率范围；,频谱分析仪置于最大保持方式，随着扫描发生器对被测器件的鼓励，频谱分析仪测量该器件的输出，频谱仪逐渐积累起该器件的全部响应。,发生器和分析仪的扫描时间可能互相影响，使测量变慢：,最坏情况出现在分析仪和发生器以近似相同的速度扫 描，在频率上又有一偏离，这样便不能同时处于相同的频率。,解决方法：,使一台仪器通常是分析仪扫描速度非常快，另一 台慢扫描。只需较快仪器的几次扫描就可在分析仪的显示屏上产生有用的图形。,这种方法的精度受发生器幅度平坦度的限制，解决方法：,如频谱分析仪具有存储和相减功能，便可测量这个平坦度，并从测量结果中校准掉。,首先，去掉被测器件DUT，将发生器直接接到频谱仪上，测量发生器的幅度响应并将它存储起来；,重新接上DUT，将频仪置于相减功能，从测量到的DUT响应中减去发生器的响应；,当然，测量结果中仍存在由于频谱仪所产生的误差；,如果扫描发生器和频谱分析仪的扫描是同步的，那么测量可在一次扫描中完成，最大保持没有必要。,当频谱分析仪具有外触发：,可由发生器的触发信号驱动；,或两台仪器同时接受外部信号的触发；,由于触发信号和扫描开始之间的时差和两台仪器扫描速率 的不同，两台仪器同步通常困难；,这种方法在被测器件的输入与输出频率范围不同的场合特别有用。,多数网络分析仪采用与输入端相同的频率测量其输出。,常规的网络分析仪可能不能测量诸如混频器之类的频率转换器件的传输特性。,6-4 带跟踪发生器的频谱分析仪,发生器与分析仪扫描同步问题：可以通过将发生器设计为频谱分析仪的一局部的方法加以解决，如图6-4所示。,跟踪发生器：发生器跟踪分析仪接收机的频率；,这种结合根本上组成了一种简单的可以进行传输幅值测量的网络分析仪；,发生器的信号平坦度仍然是测量中的误差源，通过测量并从DUT响应中扣除的方法，能将它校准掉。,图6-4 用带有跟踪发生器的频谱分析仪,进行根本的网络测量,6-5 比值法,网络分析仪一般拥有匹配增益和相位特性接近的多个接收机通道，图6-5a给出一种典型的双通道网络分析仪。,发生器或源接到一双路功率分配器上，功分器一路输出直接连接到分析仪的参考通道R通道，一路输出接DUT，DUT的输出端与分析仪的A通道相连，网络分析仪利用分开的源信号来校正源的不理想的频率响应。,网络分析仪在配置上以A通道显示DUT的响应，但要用参考通道所呈现的信号去修正，以便从测量中去掉源的不平坦度的影响。,图6-5(a)多通道网络分析仪和功率分 配器实现比值测量,当进行比值测量时，功率分配器总是选用双电阻型功分器，图6-5b给出了接到双电阻功分器的Z,0,源。,考虑V,REF,为一虚拟电压源，端口A、B都通过Z,0,阻抗看到V,REF,，即两个端口总是接收到相同的入射电压。V,REF,和入射电压可能随频率而变化，但这一效应由于对两通道的信号取比值而被消除,。,图6-5(b)多通道网络分析仪和功率分配器实现比值测量,6-6 定向耦合器,定向电桥或定向耦合器能检测沿传输线一个方向行进的能量，当进行网络测量时，它被用于别离传输线上的入射电压与反射电压。,如图6-6所示，定向耦合器将一小局部入射波功率分流到辅助端来检测被测器件输入端的入射波。将分流的入射波送到网络分析仪的参考通道，用来得到比值测量结果。,图6-6 定向耦合器用于比值测量,将定向耦合器反过来，可以测量DUT输入端的反射波。图6-7所示是利用定向耦合器和功率分配器实现的反射测量。,功率分配器用来产生参考通道信号用于取比值；,定向耦合器用来测量DUT的反射波；,由于是一种单端口的测量，这里DUT被表示成单端口器件；,这种方法测量多端口器件时，一般对不用的那些端口端接Z0负载。,图6-7 定向耦合器和功率分配器,测量被测器件DUT的反射,6-7 S参量测试装置,为完全表征一个双端口网络的特性，必须测量所有4个双口参量。,利用定向耦合器和功率分配器可以组成一个S参量的测试装置。,如图6-8所示，由一个功分器、两个定向耦合器和转接继电器组成的测试装置。,这种配置通过继电器触点位置的切换，使得三通道网络分析仪可以测量s,11,和s,21,或s,12,和s,22,等4个S参量。,图6-8 S参量测试装置可在不重接,被测器件的情况下测量全部的4个S参量,6-8 源,网络分析仪可有各种各样的配置方式：,一些网络分析仪将信号源作为多通道接收机的一个局部，源和接收机共享局部电路；,一些网络分析仪采用单独的外部源，采用外部源，用户可根据频段、本钱和性能作折衷考虑，使系统最正确化；,将扫描发生器作为外部源是一种适于测量宽带器件的经济手段。,扫描发生器的频率稳定度和精度较低，不适于用来测量窄带器件。,合成式源有极佳的频率稳定度，用它测量窄带器件十分理想，但其本钱较高。,6-9 扫描的限制,网络分析仪与频谱分析仪都有扫描速度的限制。,频谱分析仪的扫速限制正比于其分辨带宽的平方。,在网络测量中，扫速限制与分析仪的中频带宽和被测器件的响应有关。,考虑如图6-9所示具有滤波器特性形状的被测器件。,开始扫描时，由于滤波器的有限的阻带，接收机将看到一个微小的信号。,在扫描的前一局部，信号幅度将缓慢地变化。,当扫描进行到滤波器特性的边缘时，信号的幅度开始增大，幅度增加的速率取决于扫描速度和滤波器响应的陡度。,滤波器响应越陡峭，幅度变化越快。接收机的响应必须快得足以跟上增加的信号幅度，否那么，当接收机跟不上这一变化时，所测量到的响应将是模糊的。,接收机的带宽越宽它的响应也就越快。,图6-9 网络分析仪所看到的幅度变化速率取决于被测器件传递函数的形状和分析仪的扫速,由于扫速取决于被测器件，通常网络分析仪将确定扫速的任务交给了用户，很少有自动选择扫速的如同在频谱分析仪中的情况那样。,获得最正确最快的扫描速度的方法：用试探法进行扫速调整。,首先，选择一个起始的扫速大致是根据以往的经验，观察器件的频率响应；,然后降低扫速。如果该响应没有发生变化，那么扫速并不过快；如果响应发生了变化，那么器件正在经受过快的扫描，必须降低扫速。重复进行这一过程直至响应稳定不变，这说明扫速适宜。,6-10 幅度的扫描,幅度扫描的目的：揭示并测量那些随幅度变化而改变的网络参量，而且这些变化从本质上说是非线性的。,某些网络分析仪提供幅度扫描或功率扫描的能力，允许用户测量作为幅度电平函数的网络参量。,例如，放大器的增益可以作为其输入功率的函数加以测量，以便确定增益压缩点。,与大多数其它的网络测量不同，幅度扫描测量意味着网络是非线性的，而常规的S参量测量假定网络是线性的或接近线性的。,6-11 频率偏移测量,大多数网络分析仪总是测量那些要求源和接收机置于同一频率的器件，这一限制说明，不能用这种类型的网络分析仪测量具有不同输入与输出频率的器件。,特殊的网络分析仪允许源和接收机在频率上是偏移的。,频率偏移能力提供了两种附加的测量类型：扫描谐波测量、混频器测量。,扫描谐波测量：,扫描谐波测量可以在某一频率范围内表征器件的谐波失真性能，具体：,为了进行这种测量，设置源的基波频率f，将接收机调谐到Nf，这里N是要测量的谐波数；,随网络分析仪的频率扫描，接收机将自动地跟踪并测量所选定的谐波；,由于可在一次扫描中测量整个频率范围，故比其它方法的效率大为提高，在过去的方法中用户必须用频谱分析仪在每一基波频率上个别测量谐波电平。,混频器测量：,混频器将输入频率所谓RF频率、射频转变为不同的输出频率所谓的IF频率、中频，,传统的网络分析仪不能测量这种器件，然而利用频率偏移能力，可以自动完成这样的测量；,图6-10所示的测试电路用来测量混频器的变频损耗。,图 6-10 具有频率偏移能力的网络分析仪,可以用来测量混频器的变频损耗特性,具体：,网络分析仪的源给混频器的RF端口提供一扫频信号；,信号发生器提供LO本振信号；,混频器输出的IF中频信号馈送至网络分析仪的接收机。,网络分析仪扫描它的源，而接收机在频率上偏移一本振频率，这样即可产生混频器变频损耗的扫描响应。,注意到测量仪器是通过衰减器接到混频器的各端口，以便使由于混频器端口的阻抗失配所造成的误差最小。此外，在混频器的输出端还有一个低通滤波器，用来去除不想要的混频器产物。,6-12 利用快速傅氏逆变换进行时域测量,快速傅氏逆变换IFFT可以用来将矢量的频域网络测量结果变回为网络的时域响应。,可将此时域响应按网络的冲激响应或阶跃响应显示出来。如果对网络的时域特性感兴趣，这一功能十分有用。,即使对网络的时域特性不感兴趣，也可以利用时域响应去掉测量结果中的某些不完善。,例如，不良接头的反射在频域可能不易发现，但当转变到时域时，接头的反射就很明显了。,在时域中利用选通函数可以去掉这种反射，然后将此经选通的时域响应再用FFT变回到频域，这样频域测量结果中便不再含有因不完善接头的反射而造成的误差。,
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