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我的矢量网络分析仪 [复制链接]

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离线man_in_black
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170
只看该作者 100楼 发表于: 2009-12-05
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there are two directional coupler. one(the lower one) take care of 50mhz to 1.75ghz. the other take care of frequency above 1.75ghz~2.7ghz.
  one very basic concept of calibration is that: every linear error factor, source-mismatch, adaptor mismatch, directivity, are suppose linear. in other words, those error can be represented by linear equations. you can imagine that the error term can be equivalent to r, l and c. all error, which is linear, can be removed after calibration. the rf switch within my design, is not.
  what the error will be if the rf switch is not linear? check the following photo:
是否可以理解为电子开关的非线性严重影响osl的校准。也就是谐波成分影响。但我感觉ad8302是直接用对数放大器进行幅度比较,可以等效为一个检波器无法区分出谐波而造成的。
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是的,高频开关的非线性影响到osl的校准.但是原因是开关的非线性影响相位,或是开关的非线性产生谐波而导致ad8302检测出错误就要研究一下或者做实验去考究一下.以上是相位的考虑.ad8302幅度比较是基于峄峄值的比較(?? 明天再查找一次),谐波原则上在这里很难高于基频的所以幅度应该不受影响(但要提一下ad8302在两个信号幅度相差很远的时候(30db)会有1~2db左右的误差.)

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如果定向耦合器的输出信号能像n2pk那样用mc1496变频率到dc,可以虑掉谐波成分,这样电子开关的非线性就应该影响不严重了。即使有谐波成分,osl校准也是有效的。
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这个问题也是我在想的.因为我前阵子在构思另一个结构的时候在想的.用混频器可否配合定向耦合器去取得准确的相位信息??我有怀疑.因为是之前提及的那个问题,就是必须要两个输入信号必须要是正弦波才能有v=k*ang的关系.在3ghz的高频上混频器可以有这么线性么?? ad8302测试相位角时就不须要输入是纯正的正弦波,因位ad8302是零交检测的.但ad8302的动态范围又那么低(我是考虑好一点的vna结构,现在做的这个就先做完再算,反正在50欧时的动态范围我是解散决了...那个在50欧旁边的有误差的那个阻抗圈之后再想办法..)

但是想说的是混频器可否配合定向耦合器是否合适... 要想想...
离线man_in_black
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170
只看该作者 101楼 发表于: 2009-12-05
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谐波主要是用于高次混频用。hp8753es 就用30-60mhz信号激励阶跃二极管产生50m-18g的谐波信号用于取样变频,如果用传统混频器根本没法做到这么宽的信号源。当然采用取样变频的缺点是变频损耗比传统混频器大,这也限制了它的动态范围或本底噪声线做不低。
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之前画了一个方框图用sampler的... 现在找不到... 明天再找...
hp是取样变频到1khz的...然后用adc取样这个1khz音频...在这里有两个信被号取样.(1) 信号源 (2)方向耦合器的反向耦合输出. 比较这两个信号就可以得出s11的相位(未校准)

要睡了.... zzz...
离线bd7tq
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222
只看该作者 102楼 发表于: 2009-12-05
[quote=man_in_black]
这个问题也是我在想的.因为我前阵子在构思另一个结构的时候在想的.用混频器可否配合定向耦合器去取得准确的相位信息??我有怀疑.因为是之前提及的那个问题,就是必须要两个输入信号必须要是正弦波才能有v=k*ang的关系.在3ghz的高频上混频器可以有这么线性么?? ad8302测试相位角时就不须要输入是纯正的正弦波,因位ad8302是零交检测的.但ad8302的动态范围又那么低(我是考虑好一点的vna结构,现在做的这个就先做完再算,反正在50欧时的动态范围我是解散决了...那个在50欧旁边的有误差的那个阻抗圈之后再想办法..)

但是想说的是混频器可否配合定向耦合器是否合适... 要想想...[/quote]

8753框图的a3 source rfout 到 a4 sampler miaxer之间实际上是有一个定向耦合器的,a4板有三块,分别将参考信号源,定向耦合器的fwd,ref信号采样变频到1khz中频,由于变频完全保留原始信号的幅度比例与相位信息,因此可以在1khz中频上很容易的计算出s11,s21数据。对于采样变频的非线性造成的谐波成分可以很容易的通过中频滤波器排除。
如果用方波或带稍微大点的谐波成分去激励ad8302,我想测量的误差应该比较大的,这个ad8302的工作方式有关系。ad8302 -30db swr=1.08吧,我记得。有时候测量定向耦合器隔离度或方向性也不太够。

因此我一直想按传统vna构架做一个标准vna, 可以先做1g或500mh实验下。核心是采样器+pll锁相变频。 我最近用systemview仿真了下pll挺有意思,可以计算出锁定时间,现在考虑如何仿真 sampler. pcb我也用pads, 以后跟lz交流就方便了。rf方面我主要用awr仿真。

lz现在主要使用什么软件工作啊?

一方面一直懒,另一方面我家小朋友也小,跟lz一样也要照顾啊,还好现在上幼儿园了,但每天接送基本都是我的任务。这周幼儿园甲流停课一周,郁闷。
离线BG4LBO
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203
只看该作者 103楼 发表于: 2009-12-05
高手啊牛贴
离线man_in_black
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170
只看该作者 104楼 发表于: 2009-12-05
之前說" 但是想说的是混频器可否配合定向耦合器是否合适... 要想想..."

我须要进一明清楚我的意思…
用定向定向耦合器的rev(反向) 耦合输出及source两个信号经过sampler之后出来的波形是否一样,因为两个信号经过两个mixer之后可能会有差异(即使两个mixer是型号相同). 而我在想如果不用hp结构用adc去取样而用类似mc1496的东西(ad8343 dc~2.5ghz mixer)可否做到如n2pk的准确性. 因为用乘积检波得出的电压相位关系是否线性(又是这个v=k*ang的相关性) 是基于被比较的波形是否纯正弦波.在2.5ghz(或者不需要去到那么高)的情况下用乘积检波会否准确. db8qas vna是用这个方式的,但我还找不到db8qas的ab测试比较(db8qas vna说可以去到 1.3ghz, 但他的方法是用dds的谐波来做信号源! 更疯狂! )

這就是我說"混频器可否配合定向耦合器是否合适"的原因.

hp的if是1khz,用op amp来做中频滤波然后adc的这个方式可能真的是比较好(当然了,人家都做出来了. 但我没有真正量度它的ifout是有点不舒服.)
离线wanglei72
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368
只看该作者 105楼 发表于: 2009-12-05
混频器相位检测
混频器相位检测要考虑被混频信号的幅值变化的影响,v=k*cos(angle),k是与两路被混频信号乘积相关的。

曾经测试过这样的结构,分别对被测信号做两次混频,两次的混频的参考信号正交相差90度。最终对应相位的关系是 v1/v2=(k*sin(angle))/(k*sin(angle+90))=tan(angle)。其中v1 v2是两次混频输出的电压。这样抵消了宽带信号源幅值变化对相位检测的误差影响。

但楼主提到来的非正弦信号谐波的误差影响肯定是存在的。吉尔伯特的混频变换由于器件物理结构的非线性在直流输出时表现更明显而引入的误差是不能忽略的,这一点可能是高精度成品的相位检测都是用楼主提到的中频变换然后a/d计算出相位结果。
离线man_in_black
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170
只看该作者 106楼 发表于: 2009-12-05
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因此我一直想按传统vna构架做一个标准vna, 可以先做1g或500mh实验下。核心是采样器+pll锁相变频。 我最近用systemview仿真了下pll挺有意思,可以计算出锁定时间,现在考虑如何仿真 sampler. pcb我也用pads, 以后跟lz交流就方便了。rf方面我主要用awr仿真。
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真巧... 跟你一样. pads全线用过.(pads2000~5.0, powerpcb4.0~5.0). 我也用awr.
很久之用ads(unix上运行的,pc版没用过,应该差不多吧).. 也提一提其它的. 用过hfss,及ie3d (很久没用了 ..)
离线bd7tq
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222
只看该作者 107楼 发表于: 2009-12-05
[quote=man_in_black]真巧... 跟你一样. pads全线用过.(pads2000~5.0, powerpcb4.0~5.0). 我也用awr.
很久之用ads(unix上运行的,pc版没用过,应该差不多吧).. 也提一提其它的. 用过hfss,及ie3d (很久没用了 ..)[/quote]

同志,知音啊。原来用protel,有次作pcb调试最后竟然发现帮我把电源和地连在了一起,规则检查竟然没检查出来,估计当时也可能没设好规则。 但同事开始大力推荐pads,一用感觉它的设计,规则等,跟我自己想法一样,很人性化。不过protel在国内用的人还比较多,工厂基本用protel99se做图纸归档。awr主要拿来做 rlc 等的仿真,其他功能比如放大器设计没用过,以后多想你请教哦,但它的系统级仿真用起来很不方便。
离线man_in_black
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170
只看该作者 108楼 发表于: 2009-12-05
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混频器相位检测要考虑被混频信号的幅值变化的影响,v=k*cos(angle),k是与两路被混频信号乘积相关的。
曾经测试过这样的结构,分别对被测信号做两次混频,两次的混频的参考信号正交相差90度。最终对应相位的关系是 v1/v2=(k*sin(angle))/(k*sin(angle+90))=tan(angle)。其中v1 v2是两次混频输出的电压。这样抵消了宽带信号源幅值变化对相位检测的误差影响。
但楼主提到来的非正弦信号谐波的误差影响肯定是存在的。吉尔伯特的混频变换由于器件物理结构的非线性在直流输出时表现更明显而引入的误差是不能忽略的,这一点可能是高精度成品的相位检测都是用楼主提到的中频变换然后a/d计算出相位结果。
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谢谢wanglei72更正,是余弦关系
v=-a*b*cos(ang)

但如果被测的信号不是正弦波,以上的关系就不成立了.
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离线bd7tq
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222
只看该作者 109楼 发表于: 2009-12-05
[quote=man_in_black]之前說" 但是想说的是混频器可否配合定向耦合器是否合适... 要想想..."

我须要进一明清楚我的意思…
用定向定向耦合器的rev(反向) 耦合输出及source两个信号经过sampler之后出来的波形是否一样,因为两个信号经过两个mixer之后可能会有差异(即使两个mixer是型号相同). 而我在想如果不用hp结构用adc去取样而用类似mc1496的东西(ad8343 dc~2.5ghz mixer)可否做到如n2pk的准确性. 因为用乘积检波得出的电压相位关系是否线性(又是这个v=k*ang的相关性) 是基于被比较的波形是否纯正弦波.在2.5ghz(或者不需要去到那么高)的情况下用乘积检波会否准确. db8qas vna是用这个方式的,但我还找不到db8qas的ab测试比较(db8qas vna说可以去到 1.3ghz, 但他的方法是用dds的谐波来做信号源! 更疯狂! )

這就是我說"混频器可否配合定向耦合器是否合适"的原因.
[/quote]

我理解lz是不是担心每个混频器的变频损耗不一样造成系统测量误差,但这个是可以通过osl校准去剔除掉得。也就是三个混频器存在变频差异,最后在osl上没有影响。因为从另外一个角度说,对于rf+-lf=if的变换,在频域上分析还是线性的(当然滤除掉谐波成分后),始终是一个一阶方程。而对于混频器非线性的影响主要是谐波成分,也就是表现为二阶,三阶方程,所以我们对线性的表述用三阶互调来测量。
在频域上理解,只要定向耦合器输出频率-调整的频率=if频率,系统中只有这三个频率成分,这个系统就是一个一阶系统。osl完全可以修正系统的误差,osl无法修正的是非线性误差,因为s参数方程是线性方程。 这也是n2pk的vna做完可以敢个agilent vna比精度的原因。

用谐波进行测量是可以的, 我原来试过用方波激励 dut 用电桥出信号,送adc里面,用fft变换得到fwd,ref在谐波上的幅度与相位进行计算s11,完全可行的。当然算出的s11是谐波频率上的s11数值。
离线bd7tq
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222
只看该作者 110楼 发表于: 2009-12-05
[quote=man_in_black]谢谢wanglei72更正,是余弦关系
v=-a*b*cos(ang)

但如果被测的信号不是正弦波,以上的关系就不成立了.[/quote]

不是正弦波可以通过fft 变换分离频率,保证处理的信号是正弦波就可以了。
离线man_in_black
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170
只看该作者 111楼 发表于: 2009-12-05
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我理解lz是不是担心每个混频器的变频损耗不一样造成系统测量误差,但这个是可以通过osl校准去剔除掉得。也就是三个混频器存在变频差异,最后在osl上没有影响。因为从另外一个角度说,对于rf+-lf=if的变换,在频域上分析还是线性的(当然滤除掉谐波成分后),始终是一个一阶方程。而对于混频器非线性的影响主要是谐波成分,也就是表现为二阶,三阶方程,所以我们对线性的表述用三阶互调来测量。
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( 前提:用ad8343(比mc1496更高频的混频器) 不是說hp系統)
不是担心变频损耗,也不是担心delay,校准可令衰减,delay,内部不匹配等的东西完全除去.用ad8343这样的混频器去直接得出相位角是不是准确. 因为这不准的话后面osl校准都不准确了..
离线bd7tq
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222
只看该作者 112楼 发表于: 2009-12-05
[quote=man_in_black]是的,高频开关的非线性影响到osl的校准.但是原因是开关的非线性影响相位,或是开关的非线性产生谐波而导致ad8302检测出错误就要研究一下或者做实验去考究一下.以上是相位的考虑.ad8302幅度比较是基于峄峄值的比較(?? 明天再查找一次),谐波原则上在这里很难高于基频的所以幅度应该不受影响(但要提一下ad8302在两个信号幅度相差很远的时候(30db)会有1~2db左右的误差.)
[/quote]

谐波对相位,幅度都有影响,不只单影响一个。

agilent 旧款vna中有款就是用纯模拟混频器的,动态做的比现在的vna高,但频率只做到300mhz, 我印象中。 具体型号我要查下。
离线bd7tq
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222
只看该作者 113楼 发表于: 2009-12-05
[quote=man_in_black]( 前提:用ad8343(比mc1496更高频的混频器) 不是說hp系統)
不是担心变频损耗,也不是担心delay,校准可令衰减,delay,内部不匹配等的东西完全除去.用ad8343这样的混频器去直接得出相位角是不是准确. 因为这不准的话后面osl校准都不准确了..[/quote]

应该没问题,变频器完全保留原来信号的角度信息的。三角公式上很明显啊。
其实mc1496,这款老片子,各项指标安现在观点看也不高的。

search 下db8qas , 什么信息也没找到。lz在什么地址看到的啊?
离线wanglei72
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368
只看该作者 114楼 发表于: 2009-12-05
中频变换精度有保证
谢谢 man in black 指正。


非正弦波混频变换也可以用吉尔伯特变换公式计算的 a*b*con(angle),因为有低通滤波,高次混频全被忽略,只不过是把基波、谐波单独计算。

非正弦波混频下变频得到中频信号一般要 a/d超采样(超采样能抵消一部分由于高频环节里引入的任何相位噪声)变换后得到的也是非正弦的数字信号,计算机将这一信号与参考信号在频域里数字混频,直接就能给出基波的相位关系,这样也能提高精度。非正弦的其他谐波在数字频域处理过程被抵消。这个方法与其他方法比较也不需要高精度的正交参考信号。

这样中频变换后取相位精度有保证。
离线man_in_black
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170
只看该作者 115楼 发表于: 2009-12-05
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谐波对相位,幅度都有影响,不只单影响一个。
agilent 旧款vna中有款就是用纯模拟混频器的,动态做的比现在的vna高,但频率只做到300mhz, 我印象中。 具体型号我要查下。
'

明白... 谐波对相位是有影响的不论是用混频器直达dc或ad8302做零交检测.
原本想说零交检测是准确的,osl校准后可以得出准出准确的相角,但是必需要directivity是无限!!即是信号源完全不会跑到rev coupled out.

看以下图就明白...
因为有谐波的信号源号跑到rev coupled out... 和s11跑回来的信号相加就会会成为另一个波形,另到零交位置改变而影响相角准确性

要去到ghz还要保持纯正弦波... :(
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离线永远的FM
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12114
只看该作者 116楼 发表于: 2009-12-05
插队!!!!绝对牛贴!!!!!
离线man_in_black
发帖
170
只看该作者 117楼 发表于: 2009-12-05
[quote=永远的fm]插队!!!!绝对牛贴!!!!![/quote]
一起幫忙讨论一下啊... 是关于准确性的问题.. 虽要细心剖析
离线永远的FM
发帖
12114
只看该作者 118楼 发表于: 2009-12-05
[quote=man_in_black]一起幫忙讨论一下啊... 是关于准确性的问题.. 虽要细心剖析[/quote]

按照你的话说,我就是盲毛一条。。。。上面那几贴说的像天书一样。
准备收拾一下工作台下午焊自己diy的所谓vna(我也不知算不算vna,这东西本来是个天线分析仪,不过是利用i/q信号测量一个未知单端网络阻抗特性的)。
其实这个系统的原理我到现在还没完全搞明白。英文太烂,有些地方看不懂。
http://homepages.ipact.nl/~pa1are/antenna_analyzer.html
我的工作台
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离线yuhang
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1803
只看该作者 119楼 发表于: 2009-12-05
手头有不少国产的2dv10a微波二极管

不知道 用来代替srd怎么样