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2个回答
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四个S参数定义如下:
前向:S11=A/R1 S21=B/R1 反向:S22=B/R2 S12=A/R2 对于长延时器件常常需要测量其衰减和电延时,电延时是相位相关的,即测量S21的幅度信息和相位信息,因此我们只需要关心B接收机和R1接收机。 长延时器件S21的幅度测量时问题分析以及解决方案[next] 长延时器件测量连接如图2所示。 图2 测试连接 当测量S21的幅度时,幅度相应看起来非常低,甚至会有一些跳变。此时,如果你增加扫描时间,你会发现测试结果会变得准确一些。很显然,问题是由于网络分析仪扫描速度太快导致,但是为什么快的扫描速度会引起较差的测试结果? 我们测量长延时器件的S21时,VNA的扫描类型是线性频率扫描,也就是频率随着时间扫描,因此被测件(DUT)的时延会引起输出频率对输入频率有一个频率偏移,频率偏移是由VNA的扫描速率和DUT的时延共同决定: 其中Td为被测件电子延时 由图2可以看出,DUT的输出信号到达B接收机,依据VNA的工作原理,B接收机被调谐到DUT输入信号的频率,因此DUT输出信号的频率与B接收机的工作频率相差Fshift。最终导致接收机的中频信号并不是在中频滤波器的中心位置,滤波器的裙边会对DUT的输出信号有一些衰减。因此,扫描速率越快,频率偏移越大,S21的幅度下降越严重。如果扫描频率跨越几个VNA频带,S21幅度可能会有跳变现象,因此VNA需要在不同的频带内设置不同的扫描速率,但是对于每个频带可以设置相同的较慢的扫描速率。 当你测量长延时器件的S21幅度时,如果发现测试结果不正确,建议几种如下解决方案 ·降低VNA的扫描速度,直到S21幅度稳定。 ·使用“Stepped Sweep”步进扫描模式,设置每个频点的驻留时间。 ·在参考通道,增加一个足够长的电缆,让这个电缆来匹配DUT的时延,但是这个方案会给校准带来一些麻烦。 长延时器件的电延时测量问题分析与解决方案 很多工程师都知道安捷轮的VNA网络分析仪具有群时延的测量功能,但是很少有人能够准确地测量出长延时器件的电子延时,甚至有时候测量的群时延为负值。针对这一问题,笔者向大家提供三种测试方案。 |
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电子延时补偿等效法
首先,设置S21的显示格式为Unwrapped Phase,然后调整VNA的Electric Delay进行补偿,直到S21的相位轨迹曲线变得非常平坦。调整时,请注意当曲线的斜率为正值时,说明过补偿。最终的补偿值为被测器件的电子延时长度。 群时延法 群时延的定义如下: 图3 群时延的图像化表示 [next] 图3所示的Average Delay代表DUT的电子长度或电延时,Group Delay Ripple代表DUT的相位失真。群时延计算的前提条件是要保证任意两点之间的相位差小于180度,否则出现相位反转,相位反转的典型现象是群时延为负值。避免两点之间相位反转,须保证以下不等式成立: ΔΦ = -360×Δf×t0<180° Δf =测量带宽/(扫描点数-1) t0 为被测件的电子长度 针对长延时器件,要想满足以上不等式,需要增加扫描点数和减少扫描带宽。测量时,设置S21的显示格式为Group Delay,图4给出群时延方法的测量结果,DUT的平均群时延为247.776微秒。 图4 群时延方法的测量结果 电延时补偿等效法与群时延法相结合 这种方法结合电子延时补偿等效法与群时延法,首先在VNA里设置Electric Delay为一个估计值,例如在图4中可以估测电子延时为247.7微秒(这个值可以根据被测件的物理长度,介电常数和光速大约计算出来;这里也可以估算为240微秒),然后测量其群时延。测量结果如图5所示,平均群时延为75.9纳秒。如果过补偿,会导致测量结果为负值,不过不影响最终测量结果。最终测量结果为补偿值加上测量值,因此最终测量结果为247.7759微秒。 图5 电子延时补偿法与群时法相结合的测量结果 结语 在测量长延时器件时,由于VNA扫描速度太快,导致传输系数S21幅度测量不准确。群时延测量不准确的原因是由于扫描相邻两点之间的相位差大于180度,从而导致相位翻转。正确合理地设置VNA网络分析仪,准确地测量长延时器件就不会那么复杂了。 |
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