1. 光纖長延時(shí)器件的特點(diǎn)與應(yīng)用
光纖通信在數(shù)字通信領(lǐng)域已得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，且得到了快速的發(fā)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(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，近年來通過光纖傳輸模擬信號" title="模擬信號">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(xué)系統(tǒng)中，常常需要對數(shù)字信號和模擬信號進(jìn)行一系列處理，例如進(jìn)行脈沖編碼、解碼、濾波、進(jìn)行相關(guān)卷積運(yùn)算及作A/D變換等。過去常用的方法除電子學(xué)方法外，還應(yīng)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(yīng)的光電子器件構(gòu)成的光纖延遲線" title="延遲線">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(fā)展的靜磁波與超導(dǎo)延遲線還優(yōu)越。此外，光纖除可以用作信息傳輸與傳感之外，還有一個(gè)很重要的應(yīng)用就是進(jìn)行頻域和時(shí)域的信號處理，其中，最典型的應(yīng)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(tǒng)可以用于相控陣?yán)走_(dá)主倉和分倉之間，多基地雷達(dá)之間，艦艇、飛機(jī)、操作室和炮火控制臺的模擬信號傳輸。在電子系統(tǒng)中，采用光纖傳輸微波模擬信號，可以使雷達(dá)，通信導(dǎo)航識別，電子戰(zhàn)信號經(jīng)傳輸更好地顯示與控制，減輕重量，增大容量，屏蔽干擾，大大提高系統(tǒng)的可靠性。
2. 網(wǎng)絡(luò)分析儀" title="網(wǎng)絡(luò)分析儀">網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)" title="系統(tǒng)結(jié)構(gòu)">系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
要想獲取高精度的測量結(jié)果，必須非常清楚地理解網(wǎng)絡(luò)分析儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：
前向測量時(shí)，B為測試接收機(jī)，A為反射接收機(jī)，R1為參考接收機(jī)；反向測量時(shí)，A為測試接收機(jī)，B為反射接收機(jī)，R2為參考接收機(jī)。
四個(gè)S參數(shù)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(shí)器件常常需要測量其衰減和電延時(shí)，電延時(shí)是相位相關(guān)的，即測量S21的幅度信息和相位信息，因此我們只需要關(guān)心B接收機(jī)和R1接收機(jī)。
3. 長延時(shí)器件S21的幅度測量時(shí)問題分析以及解決方案
長延時(shí)器件測量連接如圖2所示：
當(dāng)測量S21的幅度時(shí)，幅度相應(yīng)看起來非常低，甚至?xí)幸恍┨儭４藭r(shí)，如果你增加掃描時(shí)間，你會發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果" title="測試結(jié)果">測試結(jié)果會變得準(zhǔn)確一些。很顯然，問題是由于網(wǎng)絡(luò)分析儀掃描速度太快導(dǎo)致，但是為什么快的掃描速度會引起較差的測試結(jié)果？
我們測量長延時(shí)器件的S21時(shí)，VNA的掃描類型是線性頻率掃描，也就是頻率隨著時(shí)間掃描，因此被測件(DUT)的時(shí)延" title="時(shí)延">時(shí)延會引起輸出頻率對輸入頻率有一個(gè)頻率偏移，頻率偏移是由VNA的掃描速率和DUT的時(shí)延共同決定：
由圖2可以看出，DUT的輸出信號到達(dá)B接收機(jī)，依據(jù)VNA的工作原理，B接收機(jī)被調(diào)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(jī)的工作頻率相差Fshift。最終導(dǎo)致接收機(jī)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(yán)重。如果掃描頻率跨越幾個(gè)VNA頻帶，S21幅度可能會有跳變現(xiàn)象，因此VNA需要在不同的頻帶內(nèi)設(shè)置不同的掃描速率，但是對于每個(gè)頻帶可以設(shè)置相同的較慢的掃描速率。
當(dāng)你測量長延時(shí)器件的S21幅度時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)測試結(jié)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(wěn)定。
B. 使用“Stepped Sweep”步進(jìn)掃描模式，設(shè)置每個(gè)頻點(diǎn)的駐留時(shí)間。
C. 在參考通道，增加一個(gè)足夠長的電纜，讓這個(gè)電纜來匹配DUT的時(shí)延，但是這個(gè)方案會給校準(zhǔn)帶來一些麻煩。
4. 長延時(shí)器件的電延時(shí)測量問題分析與解決方案
很多工程師都知道安捷輪的VNA網(wǎng)絡(luò)分析儀具有群時(shí)延的測量功能，但是很少有人能夠準(zhǔn)確地測量出長延時(shí)器件的電子延時(shí)，甚至有時(shí)候測量的群時(shí)延為負(fù)值。針對這一問題，作者向大家提供三種測試方案
A. 電子延時(shí)補(bǔ)償?shù)刃Х?br />
首先，設(shè)置S21的顯示格式為Unwrapped Phase，然后調(diào)整VNA的Electric Delay進(jìn)行補(bǔ)償，直到S21的相位軌跡曲線變得非常平坦。調(diào)整時(shí)，請注意當(dāng)曲線的斜率為正值時(shí)，說明過補(bǔ)償。最終的補(bǔ)償值為被測器件的電子延時(shí)長度。
B. 群時(shí)延法
群時(shí)延的定義如下：
圖3所示的Average Delay代表DUT的電子長度或電延時(shí)，Group Delay Ripple代表DUT的相位失真。群時(shí)延計(jì)算的前提條件是要保證任意兩點(diǎn)之間的相位差小于180度，否則出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)，相位反轉(zhuǎn)的典型現(xiàn)象是群時(shí)延為負(fù)值。避免兩點(diǎn)之間相位反轉(zhuǎn)，須保證以下不等式成立：
ΔΦ = -360*Δf*t0<180°
Δf =測量帶寬/（掃描點(diǎn)數(shù)-1）
t0 為被測件的電子長度
針對長延時(shí)器件，要想滿足以上不等式，需要增加掃描點(diǎn)數(shù)和減少掃描帶寬。測量時(shí)，設(shè)置S21的顯示格式為Group Delay，圖4給出群時(shí)延方法的測量結(jié)果，DUT的平均群時(shí)延為247.776微秒。
C. 電延時(shí)補(bǔ)償?shù)刃Хㄅc群時(shí)延法相結(jié)合
這種方法結(jié)合電子延時(shí)補(bǔ)償?shù)刃Хㄅc群時(shí)延法，首先在VNA里設(shè)置Electric Delay為一個(gè)估計(jì)值，例如在圖4中可以估測電子延時(shí)為247.7微秒（這個(gè)值可以根據(jù)被測件的物理長度，介電常數(shù)和光速大約計(jì)算出來；這里也可以估算為240微秒），然后測量其群時(shí)延。測量結(jié)果如圖5所示，平均群時(shí)延為75.9納秒。如果過補(bǔ)償，會導(dǎo)致測量結(jié)果為負(fù)值，不過不影響最終測量結(jié)果。最終測量結(jié)果為補(bǔ)償值加上測量值，因此最終測量結(jié)果為247.7759微秒。
總結(jié)
在測量長延時(shí)器件時(shí)，由于VNA掃描速度太快，導(dǎo)致傳輸系數(shù)S21幅度測量不準(zhǔn)確。群時(shí)延測量不準(zhǔn)確的原因是由于掃描相鄰兩點(diǎn)之間的相位差大于180度，從而導(dǎo)致相位翻轉(zhuǎn)。正確合理地設(shè)置VNA網(wǎng)絡(luò)分析儀，準(zhǔn)確地測量長延時(shí)器件就不會那么復(fù)雜了。
參考文獻(xiàn)
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