
在射頻微波領(lǐng)域,信號(hào)的 “無(wú)失真?zhèn)鬏? 是通信系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵,而群時(shí)延則是衡量信號(hào)傳輸質(zhì)量的核心指標(biāo)之一。作為射頻測(cè)試的 “瑞士軍、刀",矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)不僅能精準(zhǔn)測(cè)量器件的幅頻、相頻特性,更是群時(shí)延(尤其是混頻器群時(shí)延)測(cè)試的核心工具。
一、群時(shí)延:信號(hào) “隊(duì)形" 的 “質(zhì)檢員"
群時(shí)延描述的是不同頻率分量通過(guò)器件的傳輸時(shí)間一致性:當(dāng)信號(hào)(由多個(gè)頻率分量組成的 “群")通過(guò)系統(tǒng)時(shí),若各頻率分量的傳輸時(shí)間不一致,信號(hào)包絡(luò)就會(huì)發(fā)生畸變 —— 就像百米賽跑的選手從 “整齊隊(duì)列" 變成 “雜亂隊(duì)形",最終導(dǎo)致通信信號(hào)失真。
理想的無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)需滿足兩個(gè)條件:
幅頻特性為常數(shù)(所有頻率分量放大 / 衰減倍數(shù)一致);
相頻特性的群時(shí)延恒定(所有頻率分量傳輸時(shí)間一致)。
群時(shí)延的定義式為相位對(duì)頻率的導(dǎo)數(shù):τg=?dωdφrad=?360°dfdφdeg但單一頻點(diǎn)的相位測(cè)量存在 “360° 模糊"(比如 - 90° 相位對(duì)應(yīng)的時(shí)延可能是 0.25ns、1.25ns 等),因此需要通過(guò)相鄰頻點(diǎn)的相位差 + 頻率差來(lái)計(jì)算準(zhǔn)確的群時(shí)延。

二、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀:群時(shí)延測(cè)試的 “主力裝備"
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是群時(shí)延測(cè)試的核心工具,其測(cè)試原理是掃頻測(cè)量 S21 相位,通過(guò)相鄰頻點(diǎn)的相位差與頻率差計(jì)算群時(shí)延。具體操作中,需關(guān)注兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù):
頻率步長(zhǎng):線性掃頻時(shí),頻點(diǎn)間距由起始 / 終止頻率、掃描點(diǎn)數(shù)決定:fstep=points?1fstop?fstart
孔徑(Aperture):用于調(diào)整計(jì)算群時(shí)延時(shí)的頻率差Δf,即Δf=Aperture×fstep。
此外,VNA 的 “時(shí)域測(cè)試"(如 TDR/TDT)雖能測(cè)傳輸時(shí)間,但對(duì)窄帶器件精度不足;而相位測(cè)量法則能精準(zhǔn)定位單個(gè)頻點(diǎn)的群時(shí)延,是工程中最、常用的方法。
三、混頻器群時(shí)延:VNA 的 “進(jìn)階挑戰(zhàn)"
混頻器是無(wú)線接收機(jī)的核心器件(負(fù)責(zé)將射頻信號(hào)搬移到中頻),其群時(shí)延是信號(hào)從 RF 端口到 IF 端口的傳輸時(shí)間。由于混頻器輸入 / 輸出頻率不同,測(cè)試時(shí)需解決兩個(gè)核心問(wèn)題:
相位相關(guān):需保證 VNA 的射頻源與混頻器本振(LO)源相位相關(guān)(如 R&S®ZNA 系列采用 DDS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)多源相位同步);
LO 信號(hào)控制:測(cè)試時(shí)需固定 LO 頻率,掃描 RF/IF 頻率,避免 LO 相位抖動(dòng)影響結(jié)果。
針對(duì)內(nèi)置 LO 的混頻器(無(wú)外部 LO 接口),VNA 可通過(guò) “雙載波測(cè)試法"(如 R&S®ZNA-K9 選件):同時(shí)輸入兩個(gè) RF 信號(hào),利用其相位差與對(duì)應(yīng)的 IF 信號(hào)相位差抵消 LO 的影響,最終計(jì)算出群時(shí)延。
四、總結(jié):VNA 是射頻測(cè)試的 “多面手"
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀不僅能完成基礎(chǔ)的幅 / 相特性測(cè)試,更是群時(shí)延(包括混頻器這類(lèi)變頻器件的群時(shí)延)測(cè)試的關(guān)鍵工具。其核心優(yōu)勢(shì)在于:
可通過(guò)掃頻 + 相位差法精準(zhǔn)測(cè)量單頻點(diǎn)群時(shí)延;
支持多載波測(cè)試,解決內(nèi)置 LO 混頻器的群時(shí)延測(cè)試難題;
能直觀反映器件的相頻線性度(群時(shí)延恒定則相頻特性線性)。
我們的優(yōu)勢(shì):思儀、是德、泰克、日置、固緯、艾德克斯、普源、同惠、鼎陽(yáng)、安柏等。

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