ENA-training(网络分析仪)课件.ppt

安捷伦产品技术培训课程,Agilent ENA 系列 射频矢量网络分析仪,安捷伦产品技术培训课程 Agilent EN,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,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数测试,射频微波电路的基本参数,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,接收机电路的处理功能模拟基带IQ信号受到干扰影响正弦波本振信,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,器件特性,集成度 高,低,器件功能及性能要求,器件种类,有源(Active),无源(Passive),集成度,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,射频微波信号在器件中的传播 工作频率,整个系统稳定,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,整个系统稳定,正常工作测试器件/系统传输/反射指标的原因Re,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,+,-,传输线基本概念低频信号高频信号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,S参数的定义输入传输S21S11反射b1a1b2Z0负载2=,反射特性的参数定义, dB,全匹配(ZL = Zo),r,RL,VSWR,0,1,全反射 (ZL = 开路,短路 ),0 dB,1,反射特性的参数定义 dB全匹配rRLVSWR01全反射0,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,传输线反射现象: 全匹配 传输线终端接匹配负载, 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,V反射信号V输入信号开路反射信号: 同相 (0,传输线特性阻抗: Zo,Zo 决定信号电压与电流的关系Zo 与传输线物理尺寸及 r 有关 系统中 Zo 为常数 e.g. 50 or 75 ),传输线特性阻抗: ZoZo 决定信号电压与电流的关系传输线,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,史密斯圆图 （Smith Chart）.等电抗圆等电阻圆Sm,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,传输特性的线性和非线性Time非线性特性:Frequency,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为线性,V = a f( t - to),输出,V = f(t),输入,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,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,线性传输特性对信号失真的影响 频率激励信号：F(t) = 时,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,器件参数的系统级测试DUT隔离器 电路测试参数,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,ENA 网络分析的技术特点,Agilent ENA 射频网络分析仪,包含E507XB系列和E506XA 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,Agilent ENA 射频网络分析仪 包含E507XB系列,ENA网络分析仪测试操作过程,ENA网络分析仪测试操作过程 操作步骤,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,波导接头,射频微波系统的接头形式 接头形式 频率范围 1.0mm,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,Sweep Setup,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,ENA网络分析仪的扫描模式对数频率扫描: Log Freq功,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。 测试功率的合理设置。 功率扫描范围的区间限制。,Sweep Setup,Start,Stop,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：激励信号功率和频率 网络仪可完成频率扫描和功率扫,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) 自动设置状态(Auto)为最快扫描速度。,Sweep Setup,AVG,网络仪设置：测量点数和分析带宽 测试点数(Points)在测,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,网络仪校准校准消除网络仪测试的系统误差,网络分析仪测量参数,Meas,Format,网络分析仪测量参数 仪表设置,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,显示刻度的调整仪表纵坐标的刻度分格数量调整Scale的目的是,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,测量结果读值（Marker ）每条显示轨迹线支持9 个测试标,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,Analysis,测量结果判断对每个测试轨迹线可以进行极限值通过/不通过判断A,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。,多参数测试相关概念结果显示CH9CH4CH3 CH2CH1,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,多参数测试功能当需要改变某个窗口设置时， 通道1，轨迹线1（,多参数测试显示方式,ENA网络分析仪测试显示的最大配置,Display,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,System,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,多参数测试显示方式ENA网络分析仪Display将测试结果D,多显示参数测试的控制,Channel Prev,Trace Pre,TraceNext,Channel Next,ChannelMax,TraceMax,测试通道/轨迹线 切换控制,测试通道/轨迹线显示最大化操作,多显示参数测试的控制Channel Trace TraceC,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,Trigger,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。,触发方式测量参数S11, S33, S13, S21触发信号,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（. CSV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,System,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,仪表测试结果的处理仪表测试状态存储Save/System,ENA 显示信息的说明,注解Red: cautionGray: message,仪表触发状态：Man: waiting for manual triggerExt: waiting for external triggerBus: waiting for bus triggerMeas: running,VBA编程状态Run: 运行Stop: 停止,外参考输入Blue: onGray: off,ServiceRed: fatalBlue: 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 onoff: all off,测试延时补偿设置（Delay）Del: electrical delay = 0 or 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,ENA 显示信息的说明注解仪表触发状态：VBA编程状态外参考,第三部分：网络分析仪的测试原理,ENA-training(网络分析仪)课件,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,网络分析仪内部框图网络分析仪测试连接状态AR1:被测件1端口,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,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,网络仪输出信号的参数控制f扫描过程StopStartSamp,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：,ENA网络仪接收机性能 高性能网络仪接收机灵敏度网络仪接收机,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,-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,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,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,网络仪测试误差分析,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,网络分析仪测量误差系统误差被测件测试数据系统误差随机误差飘移,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,反射参数测试误差分析AB源失配负载失配串扰方向性误差DUT频,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),网络分析仪测试误差的具体分析被测件性能 负,网络分析仪校准的概念,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项误差用户可定义校准件: 校准件定义必须和实际校准件相符,网络分析仪校准的概念网络仪校准的原理,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 Only State+Cal State+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。,采用机械校准件的校准过程步骤1: 步骤2: 步骤3:,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，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 频响校准 (Respon,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,网络分析仪校准的基本分类单端口误差矢量校准双端口误差,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(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,DUT,隔离误差 (Crosstalk , Isolation)信号,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,电子校准件11275 通过PIN二极管将阻抗控,ENA校准前的系统指标,ENA校准后的系统指标,校准后的性能比较,ENA校准前的系统指标ENA校准后的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,测试中适配器对测试的影响TerminationAdapter,