网络分析仪的原理详解

2012-12-12 14:29:54来源: 21ic

中心议题:

网络分析的基本原理

网络分析理论

网络分析仪测量方法

网络分析仪结构

现代网络分析仪已广泛在研发,生产中大量使用,网络分析仪被广泛地应用于分析各种不同部件 ,材料,电路,设备和系统。无论是在研发阶段为了优化模拟电路的设计,还是为了调试检测电子元器件,矢量网络分析仪都成为一种不可缺少的测量仪器。

网络分析仪是一种功能强大的仪器,正确使用时,可以达到极高的精度。它的应用也十分广泛,在很多行业都不可或缺,尤其在测量无线射频(RF)元件和设备的线性特性方面非常有用。现代网络分析仪还可以应用于更具体的场合,例如,信号完整性和材料的测量。随着业界第一款PXI网络分析仪—NI PXIe - 5630的推出,你完全可以摆脱传统网络分析仪的高成本和大占地面积的束缚,轻松地将网络分析仪应用于设计验证和产线测试。

网络分析的基本原理 网络分析仪的发展

你可以使用图1所示的NI PXIe-5630矢量网络分析仪测量设备的幅度,相位和阻抗。由于网络分析仪是一种封闭的激励-响应系统,你可以在测量RF特性时实现绝佳的精度。当然,充分理解网络分析仪的基本原理,对于你最大限度的受益于网络分析仪非常重要。

网络分析的基本原理

图1. NI PXle-5630 矢量网络分析仪

图1. NI PXle-5630 矢量网络分析仪

在过去的十年中,矢量网络分析仪由于其较低的成本和高效的制造技术,流行度超过了标量网络分析仪。虽然网络分析理论已经存在了数十年,但是直到 20世纪80年代早期第一台现代独立台式分析仪才诞生。在此之前,网络分析仪身形庞大复杂,由众多仪器和外部器件组合而成,且功能受限。NI PXIe-5630的推出标志着网络分析仪发展的又一个里程碑,它将矢量网络分析功能成功地赋予了灵活,软件定义的PXI模块化仪器平台。

通常我们需要大量的测量实践,才能实现精确的幅值和相位参数测量,避免重大错误。由于射频仪器测量的不确定性,小的错误很可能会被忽略不计。而网络分析仪作为一种精密的仪器能够测量出极小的错误。

网络分析理论

网络是一个被高频率使用的术语,有很多种现代的定义。就网络分析而言,网络指一组内部相互关联的电子元器件。网络分析仪的功能之一就是量化两个射频元件间的阻抗不匹配,最大限度地提高功率效率和信号的完整性。每当射频信号由一个元件进入另一个时,总会有一部分信号被反射,而另一部分被传输,类似于图2所示。

这就好比光源发出的光射向某种光学器件,例如透镜。其中,透镜就类似于一个电子网络。根据透镜的属性,一部分光将反射回光源,而另一部分光被传输过去。根据能量守恒定律,被反射的信号和传输信号的能量总和等于原信号或入射信号的能量。在这个例子中,由于热量产生的损耗通常是微不足道的,所以忽略不计。

图2. 利用光来类比网络分析的一个基本原理

图2. 利用光来类比网络分析的一个基本原理

我们可以定义参数反射系数(G),它是一个包含幅值和相位的矢量,代表被反射的光占总(入射)光的比例。同样,定义传输系数(T)代表传输的光占入射光的矢量比。图3示意了这两个参数。

图3. 传输系数(T)和反射系数(G)

图3. 传输系数(T)和反射系数(G)

通过反射系数和传输系数,你可以更深入地了解被测器件(DUT)的性能。回顾光的类比,如果DUT是一面镜子,你会希望得到高反射系数。如果 DUT是一个镜头,你会希望得到高传输系数。而太阳镜可能同时具有反射和透射特性。

电子网络的测量方式与测量光器件的方式类似。网络分析仪产生一个正弦信号,通常是一个扫频信号。DUT响应时,会传输并且反射入射信号。传输和反射信号的强度通常随着入射信号的频率发生变化。

DUT对于入射信号的响应是DUT性能以及系统特性阻抗不连续性的表征。例如,带通滤波器的带外具有很高的反射系数,带内则具有较高的传输系数。如果DUT 略微偏离特性阻抗则会造成阻抗失配,产生额外的非期望响应信号。我们的目标是建立一个精确的测量方法,测量DUT响应,同时最大限度的减少或消除不确定性。

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关键字:网络分析仪  反射系数  幅值

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/1212/article_6514.html
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