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基于安捷倫VNA網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)長延時(shí)器件的測量

 

來源:電子工程世界 | 孫現(xiàn)福 馬玉培等

  1. 光纖長延時(shí)器件的特點(diǎn)與應(yīng)用

  光纖通信在數(shù)字通信領(lǐng)域已得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用,且得到了快速的發(fā)展。由于光纖通訊具有帶寬寬、損耗低、抗干擾、保密性好、重量輕、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn),近年來通過光纖傳輸模擬信號(hào)特別是微波射頻信號(hào)在國際上研究十分活躍。

  在電子學(xué)系統(tǒng)中,常常需要對數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行一系列處理,例如進(jìn)行脈沖編碼、解碼、濾波、進(jìn)行相關(guān)卷積運(yùn)算及作A/D變換等。過去常用的方法除電子學(xué)方法外,還應(yīng)用了聲表面波電荷耦合器件(SAW CCD)以及同軸電纜等,但是隨著信號(hào)工作頻率與帶寬的提高,特別是在微波頻段,這些方法就顯得無能為力了。由光纖及其相應(yīng)的光電子器件構(gòu)成的光纖延遲線不僅能完成上述信號(hào)處理功能,而且在某些方面比新發(fā)展的靜磁波與超導(dǎo)延遲線還優(yōu)越。此外,光纖除可以用作信息傳輸與傳感之外,還有一個(gè)很重要的應(yīng)用就是進(jìn)行頻域和時(shí)域的信號(hào)處理,其中,最典型的應(yīng)用是將光纖作為延遲線。

  微波光纖延遲線主要用于傳輸微波模擬信號(hào),該系統(tǒng)可以用于相控陣?yán)走_(dá)主倉和分倉之間,多基地雷達(dá)之間,艦艇、飛機(jī)、操作室和炮火控制臺(tái)的模擬信號(hào)傳輸。在電子系統(tǒng)中,采用光纖傳輸微波模擬信號(hào),可以使

雷達(dá),通信導(dǎo)航識(shí)別,電子戰(zhàn)信號(hào)經(jīng)傳輸更好地顯示與控制,減輕重量,增大容量,屏蔽干擾,大大提高系統(tǒng)的可靠性。

  2. 網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  要想獲取高精度的測量結(jié)果,必須非常清楚地理解網(wǎng)絡(luò)分析儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:

  前向測量時(shí),B為測試接收機(jī),A為反射接收機(jī),R1為參考接收機(jī);反向測量時(shí),A為測試接收機(jī),B為反射接收機(jī),R2為參考接收機(jī)。

  四個(gè)S參數(shù)定義如下:

  前向:S11=A/R1  S21=B/R1    反向:S22=B/R2   S12=A/R2

  對于長延時(shí)器件常常需要測量其衰減和電延時(shí),電延時(shí)是相位相關(guān)的,即測量S21的幅度信息和相位信息,因此我們只需要關(guān)心B接收機(jī)和R1接收機(jī)。

安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  3. 長延時(shí)器件S21的幅度測量時(shí)問題分析以及解決方案

  長延時(shí)器件測量連接如圖2所示:

長延時(shí)器件測量連接

  當(dāng)測量S21的幅度時(shí),幅度相應(yīng)看起來非常低,甚至?xí)幸恍┨。此時(shí),如果你增加掃描時(shí)間,你會(huì)發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果會(huì)變得準(zhǔn)確一些。很顯然,問題是由于網(wǎng)絡(luò)分析儀掃描速度太快導(dǎo)致,但是為什么快的掃描速度會(huì)引起較差的測試結(jié)果?

  我們測量長延時(shí)器件的S21時(shí),VNA的掃描類型是線性頻率掃描,也就是頻率隨著時(shí)間掃描,因此被測件(DUT)的時(shí)延會(huì)引起輸出頻率對輸入頻率有一個(gè)頻率偏移,頻率偏移是由VNA的掃描速率和DUT的時(shí)延共同決定:

頻率偏移

  由圖2可以看出,DUT的輸出信號(hào)到達(dá)B接收機(jī),依據(jù)VNA的工作原理,B接收機(jī)被調(diào)諧到DUT輸入信號(hào)的頻率,因此DUT輸出信號(hào)的頻率與B接收機(jī)的工作頻率相差Fshift。最終導(dǎo)致接收機(jī)的中頻信號(hào)并不是在中頻濾波器的中心位置,濾波器的裙邊會(huì)對DUT的輸出信號(hào)有一些衰減。因此,掃描速率越快,頻率偏移越大,S21的幅度下降越嚴(yán)重。如果掃描頻率跨越幾個(gè)VNA頻帶,S21幅度可能會(huì)有跳變現(xiàn)象,因此VNA需要在不同的頻帶內(nèi)設(shè)置不同的掃描速率,但是對于每個(gè)頻帶可以設(shè)置相同的較慢的掃描速率。

  當(dāng)你測量長延時(shí)器件的S21幅度時(shí),如果發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果不正確,建議幾種如下解決方案

  A. 降低VNA的掃描速度,直到S21幅度穩(wěn)定。

  B. 使用“Stepped Sweep”步進(jìn)掃描模式,設(shè)置每個(gè)頻點(diǎn)的駐留時(shí)間。

  C. 在參考通道,增加一個(gè)足夠長的電纜,讓這個(gè)電纜來匹配DUT的時(shí)延,但是這個(gè)方案會(huì)給校準(zhǔn)帶來一些麻煩。

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