1、安捷伦产品技术培训课程,Agilent ENA 系列 射频矢量网络分析仪,第一部分：微波射频器件特性及测试参数 第二部分：ENA网络仪功能及测试操作 第三部分：网络分析仪的测试原理 第四部分：网络分析仪测试校准技术滤波器测试放大器件测试 基站射频组合测试混频器件测试多端口器件测试表面贴装器件测试电缆测试天线测试平衡器件测试矢量电压表测试应用,内容目录,第一部分：微波射频器件特性及测试参数,射频微波电路的基本参数 传输线基础 反射特性 史密斯圆图 (Smith chart ) 传输特性 线性系统和非线性系统 S 参数 1dB压缩点 AM/PM转换指标射频微波电路的基本参数测试射频微波电路的系统参
2、数测试,接收机电路的处理功能,模拟基带IQ信号,受到干扰影响 的射频调制信号,正弦波本振信号,滤波后的 射频调制 信号,放大处理 后的信号 信噪比 恶化,中频信号,数字信号,解调信息,通过AGC 处理后的 中频信号,天线,滤波器,放大器,混频器,IQ解调器,频率合成器,DSP处理,调制器,解调器,理想信号矢量状态 噪声干扰 相位噪声 功率压缩 器件相位失真 码间串扰 单频干扰,电路性能对系统的影响,电路处理 对信号的影响,集成度 高,低,器件功能及性能要求,器件种类,有源(Active),无源(Passive),射频微波信号在器件中的传播,工作频率 信号功率,反射特性,传输特性,整个系统稳定,
3、正常工作 消除自激现象, 不稳定现象 确保信号传输的无失真处理线性参数: 幅频特性，相频特性非线性参数: 谐波失真，交调失真，功率压缩，AM-PM转换,测试器件/系统传输/反射指标的原因,传输线基本概念,低频信号 信号波长 线长 电压/电流测试值大小与测试位置无关,高频信号 信号波长 or 线长 特性阻抗(characteristic impedance ) Z0 反映传输线特性 信号包络电压与传输线位置有关,I,+,-,S参数的定义,反向测试,输入,传输,S,12,b,2,a,2,b,a,1,=,0,Z,0,负载,1,反射特性的参数定义, dB,全匹配 (ZL = Zo),r,RL,VSWR
4、,0,1,全反射(ZL = 开路,短路 ),0 dB,1,传输线反射现象: 全匹配,传输线终端接匹配负载, 信号传播过程相当于无穷长线传输线上形成行波,对于复阻抗，功率最大传输效率条件: ZL = ZS* (共轭匹配),(所有入射功率被负载所吸收),V反射信号,V反射信号,开路反射信号: 同相 (0 ) 短路反射信号: 反相(180 ),o,o,阻抗特性对反射的影响,传输线终端开路或短路, 所有传播信号被反射回入射端传输线上形成驻波传输线终端其它负载时, 部分传播信号被反射回入射端传输线上形成行驻波,全反射,部分反射,传输线特性阻抗: Zo,Zo 决定信号电压与电流的关系 Zo 与传输线物理尺
5、寸及 r 有关 系统中 Zo 为常数 e.g. 50 or 75 ),史密斯圆图 （Smith Chart）,.,等电抗圆,等电阻圆,Smith Chart 圆图上 一点位置反映对应的阻抗(R+jx)和反射(模和相位),Z =,L,=,0,O,1,G,(开路点),大电阻区,小电阻区,电感区,电容区,Z=R+jX,Z = Zo,L,=,0,G,G,L,Z = 0,=,180,O,1,(短路点),等反射系数圆 半径: 反射大小 相角: 反射相位,传输特性的线性和非线性,非线性特性:输入/输出信号不同频率产生新的频率成份,满足波形不失真的传输特性,系统频率带宽内幅频特性为常量,系统频率带宽内相频特性
6、为线性,V = a f( t - to),输出,V = f(t),输入,线性传输特性对信号失真的影响,频率,激励信号：F(t) = sin wt + 1 /3 sin 3wt + 1 /5 sin 5wt,时间,线性网络,频率,频率,0,-180,-360,传输幅度特性,传输相位特性,输入信号,输出信号,器件参数的系统级测试,复杂数字 调制信号,脉冲 调制信号,频谱模板测试,调制精度测试,交调失真测试,IDS,第二部分：ENA网络仪功能及测试操作,ENA 网络分析的技术特点ENA 网络仪的面板说明ENA 网络仪测试的操作流程,Agilent ENA 射频网络分析仪,包含E507XB系列和E50
7、6XA 系列。高性能价格比。完整的微波射频电路测试功能 （天线，传输线，放大器，混频器，多端口器件，平衡器件， 75器件等 测试）变频器测试的矢量校准技术，完成对变频器件(混频器，接收机等)绝对相位特性测试。高性能接收机，大测试动态范围 (128dB/143dB) 测试精度高。显示轨迹噪声低。测试速度快，多通道测试功能。先进的校准技术。支持机械校准和电子校准。对非插入器件测试提供的校准功能。WIN的操作系统多种自动化测试控制方法，内置的VBA 环境。测试功能的扩展性，通过端口测试装置扩展测试端口,ENA网络分析仪测试操作过程,射频微波系统的接头形式,网络仪 测试电缆,设备连接 电缆,同轴转接头
8、,波导接头,ENA网络分析仪的扫描模式,对数频率扫描: Log Freq,功率扫描: Power Sweep,功率变化，频率固定 最宽功率扫描范围的限制 测量器件功率动态范围 最大10 dBm 输出功率值 输出信号的功率计校准,器件频率响应特性测试 频率对数变化，功率固定,线性频率扫描：Linear Freq,分段扫描: Segment,将测量划为分离段 每个测量段测量参数单独定义 最多 201 个分段 测试速度和精度的结合,器件频率响应特性测试 频率线性变化，功率固定,网络仪设置：激励信号功率和频率,网络仪可完成频率扫描和功率扫描测试测试频率和功率设置与被测件工作条件要求匹配。测试功率的合理
9、设置。功率扫描范围的区间限制。,频率扫描时的输出功率值设置,输出功率的分段范围设置选择,网络仪不同测试端口输出功率的关联控制,功率扫描测试模式 下的测试频率,功率输出的 开关控制,当网络仪不同测试端口输出功率 的不关联时，各端口功率的设置,网络仪根据输出功率设置， 自动选择输出功率的分段范围,网络仪设置：测量点数和分析带宽,测试点数(Points)在测试精度和速度间折衷。默认测试点数：201。测试点数会影响相位参数和时域功能测试的正确性。接收机中频带宽（IF Bandwidth)在测试精度和速度间折衷。接收机中频带宽默认设值为满足最快测试速度要求。网络仪的扫描时间（ Sweep Time)自动
10、设置状态(Auto)为最快扫描速度。,AVG,网络仪校准,校准消除网络仪测试的系统误差 校准是基于测试状态参数的设置。 校准后更改测试状态会影响测试精度或是校准失效 ENA支持机械校准件和电子校准件 校准过程： 校准方式（机械校准，电子校准） 确定测试端口和校准件型号（3.5mm, N型等） 确定校准方法（频响校准，单端口校准，双端口校准） 校准测试过程 校准状态存储,网络分析仪测量参数,显示刻度的调整,仪表纵坐标的刻度分格数量比例标尺Scale 垂直刻度设值参考线在窗口中的位置参考线代表的幅度,调整Scale的目的是为了更好的在窗口中显示测量的轨迹,自动标尺比例功能,所有测试窗口自动标尺比例
11、功能,电时延补偿，用于相位非线性参数测试,相位补偿功能,测试结果显示参考位置指示,测量结果读值（Marker ）,每条显示轨迹线支持9 个测试标识，测试读值列表同时显示 相对测量功能，两个标识比较差值结果 测量结果自动搜索功能，定位测量结果中的最大值；最小值；带宽等 各测试通道（轨迹线）标识可联动设置或分别设置 ( Couple :On/Off ) 峰值搜索范围的控制（Search Range:On/Off) 读值统计功能 (Statistics: On/Off),测试应用： 定义多个测试范围 分别对个测试范围进行读值判断,Marker,测量结果判断,对每个测试轨迹线可以进行极限值通过/不通过
12、判断 极限值的分段定义（最多100个分段） 极限值的激励范围 极限值的大小范围 极限值标准可按Excel文件形式存储 仪表自动对超标范围用不同颜色标识,多参数测试相关概念,注意： 在不同通道测试定义中， 不同通道的功率参数设置需保持在同一个Range 范围内，防止仪表内部开关频繁切换造成损坏。,多参数测试功能,当需要改变某个窗口设置时， 需首先激活该测试通道或 轨迹线窗口 当前激活的显示窗口 由外框颜色和箭头表示,通道1，轨迹线1（Tr1） S11反射参数测试,通道1，轨迹线2（Tr2）S21传输功率参数测试,通道2，轨迹线1（Tr1） S21传输参数测试,通道2，轨迹线2（Tr2）被测件输出
13、参数测试,通道1测试（Channel-1): 扫频测试状态,通道2测试（Channel-2): 功率扫描测试状态,通道1，轨迹线2（Tr2） S21传输相位参数测试,定义测试通道数量,选定测试通道的轨迹线数量,选定测试通道轨迹线的 显示窗口分布方式,多参数测试显示方式,ENA网络分析仪 测试显示的最大配置,将测试结果Data写入 显示缓存器（Mem),仪表显示窗口的内容定义,将测试结果Data与 显示缓存器（Mem)数据 进行数学运算,多测试结果单窗口显示,多测试结果多窗口显示,独立测试通道数量,多轨迹线的显示方式,测试通道中的轨迹线数量,多显示参数测试的控制,测试通道/轨迹线切换控制,测试通
14、道/轨迹线 显示最大化操作,触发方式 仪表扫描测量工作进行的方式,测量参数,S11, S33, S13, S21,触发信号来源 控制仪表开始测试工作的时刻,扫描测试的触发(Triggering),触发方式决定仪表测试扫描过程的控制方式。单次触发方式下，网络仪在完成一次测量后停止。点触发方式下（Point Sweep），满足触发条件后，网络仪完成单个显示点参数的测试。各通道（Channel）可单独设置触发方式。,仪表测试结果的处理,仪表测试状态存储Save All: 对所有激活的通道和轨迹窗口进行存储 Save Disp Only:对显示的窗口进行存储 校准数据存储 测试结果图形数据存储（. C
15、SV文件）（Save Trace Data） 测试状态及测试图形存储，仪表内可调用 (Save；State+Trace)测试结果图形存储（. bmp文件）;Dump Screen Image 测试数据的S 参数文件（Save SnP) 结果打印,Save/ Recall,测试显示以 位图文件形式存储,器件建模 去嵌入处理 嵌入处理 ,ENA网络仪的 软件版本升级,ENA 显示信息的说明,注解 Red: caution Gray: message,仪表触发状态： Man: waiting for manual trigger Ext: waiting for external trigger B
16、us: waiting for bus trigger Meas: running,VBA编程状态 Run: 运行 Stop: 停止,外参考输入 Blue: on Gray: off,Service Red: fatal Blue: service,校准状态（Correction） 频响校准: RO, RS, RT 全端口校准: F1, F2, F3, F4,仪表显示参数（Data & Memory） D+M, D-M, D*M, D/M: data math mode &M: memory on off: all off,测试延时补偿设置（Delay） Del: electrical del
17、ay = 0or phase offset = 0,平滑处理（Smoothing） Smo: on,夹具仿真处理 Sim: on,平均处理（Average） 当前测量次数/平均设置,测量状态 !: 测量状态 #: dirty flag,A,A,B,B,第三部分：网络分析仪的测试原理,网络分析仪内部框图,网络分析仪测试连接状态,A,R1,:被测件1端口反射参数S11,B,R1,:被测件12端口传输参数S21,激励源信号分离装置 （分路器，定向耦合器）接收机显示处理单元,网络仪组成,网络仪输出信号的参数控制,Std Sweep Mode 默认扫描状态，频率连续扫描变化频率变化过程中进行测试速度快,
18、Stepped Sweep Mode每个测试点信号源频率锁定，锁定后进行测量在测量频率点上驻留时间可控适合于大时延和高Q值器件测试,ENA网络仪的功率控制范围,ENA网络仪接收机性能,高性能网络仪接收机灵敏度 决定ENA的大测试动态范围,网络仪接收机功率压缩点 （接收机测试大信号能力）：,网络仪测试动态精度 （仪表端口功率与参考通道功率相同时测试精度最高）,ENA 网络仪接收机带宽：,网络分析表动态范围对测试结果的影响,网络分析仪测试动态范围 = 被测试件输入功率- 接收机灵敏度,扩大网络分析仪测试动态范围方法:提高被测件输入功率提高接收机灵敏度,接收机带宽:10Hz,接收机带宽:70kHz,
19、-100dB,接收机噪声电平高，网络分析测试动态范围小,接收机噪声电平小,网络分析测试动态范围大,第四部分：网络分析仪测试校准技术,网络仪测试误差分析 网络仪校准原理 网络仪校准方法,网络分析仪测量误差,系统误差 由于测试仪表原理或测试设备引起 变化有规律 能够被定量描述 可通过校准消除 随机误差 随时间随机变化 不能通过校准消除 引起随机误差的原因: 设备噪声 开关重复性 连接器重复性 飘移误差 校准后仪表性能变化 主要由温度变化造成 通过定期计量消除,被测件 性能,测试数据,系统误差,随机误差,飘移误差,反射参数测试误差分析,A,B,源失配,负载失配,串扰,方向性误差,DUT,频率响应误差
20、 反射跟踪误差 传输跟踪误差,R,单端口共 6 项误差双端口共 12 项误差,反射信号,A接收机信号= 被测件反射信号+误差信号,网络分析仪测试误差的具体分析,被测件性能,反射损耗: 16 dB (.158)差损: 1 dB (.891),负载失配18 dB (.126),测量不确定度:-20 * log (.158 + .100 +.010)= 11.4 dB (-4.6dB)-20 * log (.158 - .100 - .010)= 26.4 dB (+10.4 dB),.158,(.891)(.126)(.891) = .100,方向性误差40 dB (.010),网络分析仪校准的概
21、念,网络仪校准的原理 测量参数已知的标准校准件,得到误差项将测试结果中误差项成份消除，得到正确测试结果 校准的方法不同，分为标量校准和矢量校准。 校准过程中消除的误差数量不同，最终测试精度不同 网络仪校准过程 校准件型号的确定 校准方法确定 校准测试过程 测试状态和校准参数的存储和调用 反射参数测试 （S11，S22）存在三项误差:方向性,源失配, 反射通道频率响应频响校准(推荐标准件: Short)消除频响误差1-Port 单端校准 消除3项误差 传输反射参数同时测试存在12项误差频响校准( 校准件: Through) 消除频响误差Full 2 port 双端口校准消除12项误差 用户可定义
22、校准件: 校准件定义必须和实际校准件相符,采用机械校准件的校准过程,步骤1: 选择校准件,步骤2: 选择校准方式,步骤3: 校准件测试,步骤5: 校准状态存储/调用,State OnlyState+CalState+Trace,注：不要随意改动校准件 数据，错误的改动会导致 网络仪校准和测试的错误。,网络分析仪校准的基本分类,频响校准 (Response校准)： 归一化处理(normalization)简单，使用一个校准件，单次校准操作只能消除跟踪误差(频响误差)包含对幅度和相位的归一化处理反射参数测试时，使用开路或短路校准件传输参数测试时， 使用直通校准件,反射测试频响校准 端口1频响校准，
23、Meas：S11 端口2频响校准, Meas：S22 使用开路或短路校准件,传输测试频响校准 测试参数：S21/S12 使用直通校准件,网络分析仪校准的基本分类,单端口误差 矢量校准 开路 短路 匹配负载,矢量校准需要测试更多校准件可消除更多误差项目，提高测试精度要求网络仪具备矢量测试能力单端口校准使用开路，短路和负载校准件双端口校准需完成7次测量多端口校准为2个端口校准组合的双端口校准,双端口误差 矢量校准 开路 短路 匹配负载 直通,隔离误差 (Crosstalk , Isolation),信号在测试仪表各通道间信号串扰 对以下器件测试影响较大: 高隔离器件 (隔离器,开关) 大动态器件(
24、滤波器) 使用隔离校准:一般测试时,仪表测试动态范围可保证测试精度,可不使用隔离校准.测试高隔离,大动态围器件时使用.校准过程中,测试接收机内部的噪声电平使用平均处理 (averaging)如果串扰与被测件有关,隔离校准时,将被测件和负载一齐与测试端口连接进行.如果串扰与被测件无关,隔离校准时,只将负载与测试端口连接进行,电子校准件, 通过PIN二极管将阻抗控制在不同状态13 个反射状态, 不同高低反射性能2 个直通状态,1 个隔离状态校准速度快,重复性好 Agilent ENA网络仪支持自动端口识别功能当电子校准件显示Ready提示后，启动电子校准过程,ENA校准前的系统指标,ENA校准后的
25、系统指标,校准后的性能比较,测试中适配器对测试的影响,Termination,Adapter,DUT,测试系统方向性,28 dB,17 dB,14 dB,APC-7 to SMA (m) SWR:1.06,APC-7 to N (f) + N (m) to SMA (m) SWR:1.05 SWR:1.25,APC-7 to N (m) + N (f) to SMA (f) + SMA (m) to (m) SWR:1.05 SWR:1.25 SWR:1.15,APC-7 -SMA (m)转接头,Coupler directivity = 40 dB,方向性误差信号,DUT反射信号,适配器反射信号,APC-7 校准界面,DUT has SMA (f) connectors,
