图4:对数幅度-频率、SWR、相位-频率、群时延
二、S21参数测量
S21参数可以表征在指定频率范围内的插入损耗,在经过一个完整的校准后可以进行高精度的测量。频率响应的测量功能可以用于测量滤波器(见图5)或放大器的带宽。
图5:S11 SWR测量(左)、S21插入损耗(对数刻度)测量(右)
类似于S11测量,也可以用RSAxN测量S21的相位、插入损耗和群延迟(见图6)。
图6:插入损耗(绿色)、相位(蓝色)和群延迟 (粉色)的S21测量
三、故障点距离测量DTF
DTF是S11测量的扩展应用,是为了定位线缆故障的距离,在频域中测量被测电缆的反射。DTF首先通过比较反射信号和跟踪源创建的参考信号来确定频段范围内的反射向量,然后执行快速傅里叶逆变换(IFFT)。结合线缆模型的特征,就能够快速确定反射传播的距离,准确定位线缆中的故障点。为了进一步提高准确性,DTF的算法中还考虑补偿了传输过程中发生的衰减损耗。
图7显示了DUT的频率范围(S11)和DTF测量结果(两根线缆之间有连接器,末端匹配50 Ω)。在S11的一定频率范围内测量显示时,故障点只能被粗略地捕捉。但在DTF中,很容易得到故障点的精确距离。
图7:S11对数数量级(左)、相同组件的DTF时间视图(右)
四、校准
精确测量的前提是校准。校准可以将系统误差最小化,从而得到更准确的测量结果。
S11/DTF校准
D =方向性误差:来自定向耦合器的非理性特性
Ms=源匹配误差:来自VNA信号源的阻抗失配
TR= 跟踪误差:来自于用于信号分离器件(如定向耦合器)、混频器和内部检测器的元器件的频率响应。
以下是一个单端口测量的误差模型极其公式:
图8:单端口测量的误差模型
负载校准:使用50Ω阻抗[负载]时,S11A为0,S11M = D(测量定向耦合器的方向性误差)。VNA可将校准后的频率范围内的方向性误差[D]降至最低。校准后,RSA5000N的方向性误差约为-40dB。
短路/开路校准:从DUT的角度看,源[Ms]不匹配,这会在DUT与系统之间形成反射环路。当DUT显示不匹配时,可以看到此误差。此外,连接器、电缆、内部耦合器、检测器导致频率响应误差[TR]。在开路( S11A= 1)和短路( S11A= 1)校准下,将产生两个含有因子 Ms和 TR的方程式。
开路/负载/短路和直通校准件应该是理想的,例如短路反射系数 = 1,但实际不是。例如,开路包含杂散电容,短路则包含电感。RIGOL的校准套件CK106A(DC – 6.5 GHz)和CK106E(DC – 1.5 GHz)补偿参数已经集成到RSAxN版本中,可以进行精确的校准。如果使用其它校准套件,则需要根据所使用的校准套件参数自定义。
图9:带通滤波器的测量:端口末校准测量(细线)和直通校准后测量(粗线)