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基于安捷倫VNA網絡分析儀實現長延時器件的測量

來源：電子工程世界 | 孫現福 馬玉培等

　　1. 光纖長延時器件的特點與應用

　　光纖通信在數字通信領域已得到相當廣泛的應用，且得到了快速的發展。由于光纖通訊具有帶寬寬、損耗低、抗干擾、保密性好、重量輕、性能價格比高等優點，近年來通過光纖傳輸模擬信號特別是微波射頻信號在國際上研究十分活躍。

　　在電子學系統中，常常需要對數字信號和模擬信號進行一系列處理，例如進行脈沖編碼、解碼、濾波、進行相關卷積運算及作A/D變換等。過去常用的方法除電子學方法外，還應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。由光纖及其相應的光電子器件構成的光纖延遲線不僅能完成上述信號處理功能，而且在某些方面比新發展的靜磁波與超導延遲線還優越。此外，光纖除可以用作信息傳輸與傳感之外，還有一個很重要的應用就是進行頻域和時域的信號處理，其中，最典型的應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，該系統可以用于相控陣雷達主倉和分倉之間，多基地雷達之間，艦艇、飛機、操作室和炮火控制臺的模擬信號傳輸。在電子系統中，采用光纖傳輸微波模擬信號，可以使

　　2. 網絡分析儀系統結構

　　要想獲取高精度的測量結果，必須非常清楚地理解網絡分析儀的系統結構。安捷倫矢量網絡分析儀VNA的系統結構如圖1所示：

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

　　四個S參數定義如下：

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

　　對于長延時器件常常需要測量其衰減和電延時，電延時是相位相關的，即測量S21的幅度信息和相位信息，因此我們只需要關心B接收機和R1接收機。

　　3. 長延時器件S21的幅度測量時問題分析以及解決方案

　　長延時器件測量連接如圖2所示：

　　當測量S21的幅度時，幅度相應看起來非常低，甚至會有一些跳變。此時，如果你增加掃描時間，你會發現測試結果會變得準確一些。很顯然，問題是由于網絡分析儀掃描速度太快導致，但是為什么快的掃描速度會引起較差的測試結果？

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

　　由圖2可以看出，DUT的輸出信號到達B接收機，依據VNA的工作原理，B接收機被調諧到DUT輸入信號的頻率，因此DUT輸出信號的頻率與B接收機的工作頻率相差Fshift。最終導致接收機的中頻信號并不是在中頻濾波器的中心位置，濾波器的裙邊會對DUT的輸出信號有一些衰減。因此，掃描速率越快，頻率偏移越大，S21的幅度下降越嚴重。如果掃描頻率跨越幾個VNA頻帶，S21幅度可能會有跳變現象，因此VNA需要在不同的頻帶內設置不同的掃描速率，但是對于每個頻帶可以設置相同的較慢的掃描速率。

　　當你測量長延時器件的S21幅度時，如果發現測試結果不正確，建議幾種如下解決方案

　　A. 降低VNA的掃描速度，直到S21幅度穩定。

　　B. 使用“Stepped Sweep”步進掃描模式，設置每個頻點的駐留時間。

　　C. 在參考通道，增加一個足夠長的電纜，讓這個電纜來匹配DUT的時延，但是這個方案會給校準帶來一些麻煩。

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