使用ENA-TDR進(jìn)行阻抗測試

在測量一條傳輸線上各處的阻抗值以及在時(shí)間域或距離域中對(duì)被測器件中所存在的問題，例如器件特性的不連續(xù)性進(jìn)行檢查時(shí)，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時(shí)域測試功能是非常有用的。

時(shí)域：指在時(shí)間范疇內(nèi)進(jìn)行的分析或時(shí)域測試結(jié)果的顯示，這種分析和測試結(jié)果顯示在二維圖形（X－Y 曲線）上，X 軸要么表示的是距離（電長度）或要么表示的是時(shí)間，Y 軸表示的則是幅度信息（通常為阻抗或電壓）。

時(shí)域反射測量技術(shù)（TDR）：指利用快速階躍信號(hào)發(fā)生器和接收機(jī)來進(jìn)行傳輸或反射的測量方法。TDR 是對(duì)具有這種測試能力的示波器的統(tǒng)稱。?使用 ENA 用 TDR 方法測量（時(shí)域內(nèi)的測量）也可以得到 S 參數(shù)（頻域內(nèi)的參數(shù)）。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）：指用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）進(jìn)行比值測量的方法，這種方法是用一個(gè)反射信號(hào)接收機(jī)或傳輸信號(hào)接收機(jī)對(duì)掃頻連續(xù)波（CW）激勵(lì)源進(jìn)行跟蹤，測試結(jié)果通常顯示為 S 參數(shù)（反射信號(hào)或傳輸信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)之比）。這份資料主要講述如何把用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測到的 S 參變換成時(shí)域測試結(jié)果。?

時(shí)域分析在觀察傳輸線上的失配響應(yīng)時(shí)非常有用。當(dāng)測量被測器件的反射系數(shù)ρ或 S11 時(shí)，反射信號(hào)的大小是與被測器件的輸入阻抗成正比的。S11 是被測器件的阻抗與測試系統(tǒng)的特性阻抗 Z0 相差大小的量度。一旦頻域數(shù)據(jù)變換到時(shí)域數(shù)據(jù)，便可看到被測器件對(duì)階躍或沖擊激勵(lì)的時(shí)域響應(yīng)。時(shí)域響應(yīng)可以給出各個(gè)電路元件的位置和每個(gè)部分的實(shí)際阻抗。所有這些信息都可以直接從分析儀的顯示屏幕上看到。

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比如用這個(gè)探針為例進(jìn)行阻抗測量

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打開 ENA 的 TDR 功能進(jìn)行校準(zhǔn)

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由于是單端口器件，所以選擇【Single Ended 1-Port】

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按系統(tǒng)提示進(jìn)行開路校準(zhǔn)

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然后接上夾具板或是探針，終端不接任何東西進(jìn)行開路校準(zhǔn)

將系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置成【Time Doman】，格式為【Impedance】且激勵(lì)狀態(tài)為【Lowpass Step】，也就是低通時(shí)域模式。

VNA 的低通時(shí)域模式是對(duì)傳統(tǒng) TDR 測量方式的模擬，并提供階躍信號(hào)和沖擊信號(hào)兩種激勵(lì)方式。

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在這種測量模式下對(duì)測量的頻率范圍有一些特殊限制。它要求測試所得到的正數(shù)據(jù)點(diǎn)要均勻地隔開，這樣這些數(shù)據(jù)點(diǎn)就可以從直流到測試的終止頻率都是諧波相關(guān)的。在設(shè)置測量頻率時(shí)必須要使測試的終止頻率等于起始測試頻率與測試點(diǎn)數(shù)之積。（下圖安立 VNA 測試畫面所示）。

低通測試模式所包含的信息在確定不連續(xù)性處的阻抗類型（電阻型、 電容型或電感型）時(shí)是非常有用的。

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如上圖所示在階躍向應(yīng)下開路及短路狀態(tài)的波形如下

由于我在端口處連接了測試電纜故下圖中左邊紅圈處為儀表 N 頭的位置，而右邊紅圈處才是電纜終端開路的位置。

通過座標(biāo)軸可以調(diào)整實(shí)際顯示的刻度。下圖是調(diào)整好刻度且接上探針的阻抗顯示。

兩個(gè) Mark 點(diǎn)處中間一段就是探針的阻抗及電長度。Mark 點(diǎn)使用以下方式可以開啟。

通過這種方式也可以去測量比如 N 轉(zhuǎn) SMA 之類的轉(zhuǎn)接頭的阻抗特性，下圖是一個(gè)品質(zhì)較好的 N 轉(zhuǎn) SMA 接頭。

及一個(gè)相對(duì)便宜的接頭測試結(jié)果顯示。

這也告訴我們，通常在使用儀表選擇連接器的時(shí)候盡量不要圖便宜，還是要選性價(jià)比較好的產(chǎn)品，通過實(shí)物一測即可發(fā)現(xiàn)，廉價(jià)的接頭在阻抗匹配上做的是相對(duì)較差的，進(jìn)而直接影響到系統(tǒng)的校準(zhǔn)結(jié)果。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)域低通測量模式功能真正強(qiáng)大的地方在于它在其階躍和沖擊激勵(lì)響應(yīng)的結(jié)果中既描述了阻抗不連續(xù)性所在的位置，又能告訴你在這些阻抗不連續(xù)性的地方阻抗發(fā)生了哪種類型的變化。低通測量模式結(jié)果顯示中的橫軸是沖擊的雙向行進(jìn)時(shí)間。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀屏幕上的游標(biāo)功能可以顯示出到某個(gè)不連續(xù)點(diǎn)的時(shí)間和距離，并在計(jì)算游標(biāo)所顯示的距離讀數(shù)時(shí)自動(dòng)對(duì)雙向響應(yīng)作出解釋。所顯示的距離是基于假設(shè)信號(hào)是以光速（2.997925×108 m/s）傳播的。實(shí)際上，在大多數(shù)介質(zhì)，如同軸電纜中，信號(hào)的傳播速度要比光速慢。

Gating 功能可以將不需要顯示的部分去除。