矢量网络分析仪的选通操作

  时间:2026-05-22 15:09:21          

选通可以让您有选择地去除或加入时域响应。其他的时域响应数据然后再变换回频域,这时的频域数据已经去除了 "应该被选通掉" 的响应。选通操作会改善响应的质量,因为经过选通的频率响应与器件真实的频率响应更接近,就像这个频率响应是在除了被测器件本身没有其他反射的情况下被测出的。然而,即使对测量结果已经进行了时间选通的处理,较早的反射依然会有某些影响。

在现实中,选通对响应的作用不会像 "一堵砖墙" 似的完全 "挡住" 那些您不需要的响应,如果真是这样的话,就会在时域中存在很陡的过渡部分,从而引起频域中的振铃。为了避免这一点,在变换到时域之前,选通函数在频域中先要经过加窗口处理。这个窗口就是在时域中设置最大选通过渡斜率的凯塞-贝塞尔窗。

此外,如果采用简单的选通函数,则在时间选通频域响应的终止处会出现令人难以理解的现象,因为终点将会降低 6 dB。选通只在频域中完成,选通的起始和终止时间决定了选通的宽度,由此可以直接确定等效的频域选通函数。在所关注的频率范围内,任意点处的选通值由原始频率响应乘以以该频率为中心频率的选通频率函数的倒数、然后将结果相加 (卷积) 来确定。在最后的数据点处,选通响应的中心处在所关注频段的终点。超出频段终点的任何频率都将归零,所以,选通函数的一半将乘以零而不加到和值上。这样造成的结果是,任何选通都将使选通频率响应的终点因降低 6 dB 而失真。

矢量网络分析仪的时域算法通过选通后的再归一化来对此滚降进行补偿。这种补偿功能的效果对选通中心的单位时间响应非常理想。然而,如果选通在时间函数周围不对称的话,则与原始频率响应相比,在选通响应的最后大约 10% 处将呈现某些误差。在带通模式下,这些误差将出现在选通频率响应开始和最后的 10% (近似值) 处。

图 a 显示的是几个选通中心时间不相同的选通函数。图b 显示的是在使用了不同选通时间的选通处理后时域内的一个单位频率响应。注意,由于时间选通完全包围了所有三个中心时间点的冲激,所以时域响应几乎没有什么变化 (图a 和 b 中旁瓣电平的骤降很可能是由于再归一化效果引起的。如果不做再归一化处理,可以预见到在选通窗口之外的旁瓣电平将大幅度地降低)。

图c 显示了经过选通操作之后的频率响应。在这幅图中可以看到对不同的选通中心时间,在高频处的响应有显著差别。显然,当选通以被选通的响应为中心时归一化得到的结果最好。为了获得**结果,应该对时域响应进行仔细的观察,以便指定适当的选通起始和终止值。

矢量网络分析仪的选通操作(图1)

a. 不同选通中心时间的选通函数。

 

矢量网络分析仪的选通操作(图2)


b. 应用不同选通时间的选通处理后, 时域中的单位频率响应。

矢量网络分析仪的选通操作(图3)

c. 选通处理之后的频率响应。

矢量网络分析仪的选通操作

上图说明了选通操作的顺序。图a 显示了一根电缆的频率响应,图b 显示了这根电缆的时域响应。左侧的不连续性是由输入连接器引起的,右侧的不连续性是由于输出连接器引起的。为了只观察输出连接器的频率响应,可以使用选通函数去除由于输入连接器的失配所造成的影响。图 c 显示了应用选通功能后的时域响应。图d 显示了其他连接器 "被选通出去" 之后只剩下输出连接器的频率响应。如果第一个反射很小,则这个响应与可能只测量第二个连接器时所观察到的响应十分相似。

矢量网络分析仪的选通操作(图4)

矢量网络分析仪的选通操作(图5)

图 . 选通操作的顺序。(a) 电缆的频率响应, (b) 时域响应, (c) 用于去除第一个不连续性的选通处理以及, (d) 选通功能启动和关闭时的频率响应。

可以把选通看成是时域中的滤波器。图 14 显示了选通的形状。正如频域中的滤波器一样,选通也有带通纹波、截止速率和旁瓣电平等参数。选通的带通宽度可以由起始和终止选通控制来选择。选通在时间上的位置可以通过设置选通的中心时间和时间跨度或选通的开始和截止时间 (-6 dB 截止时间点) 来控制。选通的形状控制选通的平坦度、滚降速率和旁瓣电平的高低。最小选通的形状使选通具有最大带通纹波和最高的旁瓣电平,但却具有最快的截止速率 — 有利于区分靠得很近的时域响应。最大选通的形状使选通在其带通内几乎没有纹波,旁瓣电平也极低,但截止速率却不是很快。

矢量网络分析仪的选通操作(图6)

图. 选通形状实例及其参数。

那些多余的时域响应可以用选通处理来减小,但不能完全去除。即使最简单的冲激响应在时间上也不会固定在一个区域内,而是可能延伸开来从而产生不可能通过选通处理就得以完全去除的旁瓣纹波。

在 PNA 网络分析仪 和 ENA 矢量网络分析仪 中有两种选通 — 带通和陷波。带通选通用于去除选通时间跨度之外的响应,而陷波选通则用于去除选通时间跨度之内的响应。选通游标的方向将决定选通启用的区域。图显示了选通的几个游标。为了获得**结果,可以使用前面板上的旋钮在时域测试轨迹附近用手动的方法给选通的游标定位。选通标记则指出选通时间跨度之外响应的去除。

矢量网络分析仪的选通操作(图7)

矢量网络分析仪的选通操作(图8)

图 . 选通游标实例。

图显示了两个电容性不连续性的时域响应,以及在后面实例中说明选通效果时所用到的电路。

 

矢量网络分析仪的选通操作(图9)

图. 两个电容性不连续性的时域响应 (上图显示的电路)。

对第一个不连续性进行选通

图以浅灰色显示的是原始频率响应,在图中可以看到被一段传输线隔开的两个不连续性所造成的典型纹波图案。深灰色轨迹显示了一个端接 Z0 的电容性不连续点的理想 S11 计算结果。几乎完全与深灰色轨迹重叠的黑色轨迹是在第一个不连续点的附近进行选通后的响应。唯一的差别发生在高频处。在本例中,对第一个不连续性进行选通处理,在去除其他元件的影响方面也很有效。

 

矢量网络分析仪的选通操作(图10)

图. 把第一个不连续性选通出去 (图 15 所示的电路)。

对第二个不连续性进行选通

在图中看到的是当选通应用到第二个不连续性时会发生什么情况。在本例中,时间选通响应截然不同。在这里可以看到极大的差别,随着频率的提高,实际响应愈加偏离预期的响应。这种偏离是由和第一个电容器相关的不连续性的遮蔽效应造成的。由此可以看出,当响应是在经过了相当程度的一段反射之后发生时,再对这个响应做选通处理的话往往会导致完全错误的结果。下一节将详细描述遮蔽的影响。

 

矢量网络分析仪的选通操作(图11)

图. 把第二个不连续性选通出去 。

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