matlab求传递函数在某个频率点的增益_如何测量频率响应 - 低频网络分析的基础原理尽在掌握...

测量元器件和电路的频率响应特性是确保电子设备性能的关键步骤。汽车、医疗设备、航空航天与国防行业对电子设备的可靠性要求极高，因此在从低频至高频的各种频率范围内对各类元器件和电路进行测量非常必要。在这些应用中，低频网络分析仪在确保低频模拟电路器件（例如传感器系统和电源部件）实现稳定可靠工作方面具有重要作用。为此，您需要在了解射频网络分析（S参数测量）的同时，也需要很好地对低频网络分析（增益相位测量）的应用有所了解。

本应用指南通过对网络分析仪的介绍，阐述了有关低频网络分析的基础原理。我们在此主要介绍简单的低频 2 端口器件测量，以及高阻抗探测技术和大衰减测量等相关主题。

50 Ω 被测件的基本测量配置

首先，针对使用低频网络分析仪测量 2 端口器件的传输特性的配置，我们简要介绍一下典型的被测器件的连接方法。第一种情况是测量50 Ω 的器件的传输响应特性，例如滤波器和电缆。图2显示的是使用仪表的增益相位测试端口进行此类测试的配置情况。R通道接收机（VR）用于测量在50 Ω 系统阻抗的激励源的输出电压（50 Ω 传输线输入信号的电压），T通道接收机（VT）用于测量经过被测器件传输之后输出信号的电压，然后仪表计算测量到的电压比(VT/VR)，即可得到传输系数S21。相关阅读：

图3是用仪表的S参数测试端口进行测量的配置。在S参数测试端口的后边有多个内置的定向桥，因此无需使用图2中从外部接入测量配置中的功率分离器。大部分情况下，S参数测试端口用于测量50 Ω 的器件的传输响应特性。是德科技：电容测量原理 - 测试参数第八章图3是用仪表的S参数测试端口进行测量的配置。在S参数测试端口的后边有多个内置的定向桥，因此无需使用图2中从外部接入测量配置中的功率分离器。大部分情况下，S参数测试端口用于测量50 Ω 的器件的传输响应特性。

对于大部分50 Ω 器件的传输响应特性的测试情况，使用仪表的S参数测试端口就可以了。但是，对于大衰减器件的测量，例如测量DC - DC转换器和大电容旁路电容器的只有毫欧量级的阻抗时，通常需要采用分流直通(Shunt-Thru)的测量方法，这种传输响应特性的测量就要使用仪表的增益相位测试端口而不是S参数测试端口进行测量。在这种情况下，增益相位测试端口接收机的半浮地结构可以避免低频范围的测量误差，该误差是由激励号源与接收机之间测试电缆的接地环路引起的（稍后会有详细介绍）。

图2 使用增益相位测试端囗测量50 Ω被测器件传输系数的测量配置

图3 使用S参数测试端口测量 50 Ω 被测器件传输系数的测量配置

基本测量配置

非50 Ω 被测件，实例1

低频2端口器件通常都是非50 Ω 的阻抗，低频放大器电路就是一个最典型的例子。图4是用增益相位测试端口测量低频放大器的频率响应特性的测量配置实例。被测器件的输入阻抗很高，输出端口接的是一个非50 Ω 的负载ZL。根据实际应用的要求，负载阻抗ZL可以是电阻性负载，也可以是电抗性负载。

待测参数是从被测器件输入端口到输出端口的电压传递函数，即/out//in。与图2和图3显示的测量50 Ω 器件的传输系数所不同的是，R通道接收机（VR）使用高阻抗探测方式直接测量被测器件输入阻抗Zin上的交流电压，而不是测量50 Ω 系统阻抗上的电压。使用高阻抗探测可以在不影响被测器件的负载条件下测量输出电压（Vout）。

根据所要求的最高测量频率、探头的输入阻抗、探头的输入电容等不同的情况（会在后边进行介绍），可以用同轴测量电缆或10:1的无源探头把仪表的高阻抗测量接收机与被测器件连接起来。使用同轴测试电缆时，在R通道探测点上可以使用一个T型连接器。为了补偿两个探头／测试电缆之间的频率响应和相位误差，需要做直通响应校准，方法是把与T通道连接的探头点在TPI测试点上，然后进行测量。

图4 使用增益相位端囗测量放大器的配置（最高测量量频率可达 30 MHz）

如果要在30 MHz以上的测量频率上测量放大器的频率响应，或者需要使用电容极小的探头对放大器进行测量，那就要用有源探头在仪表的S参数测试端口上进行测量，如图5所示。与图4的配置所不同的是，在这里进行比值测量是以仪表内R1接收机的50 Ω 阻抗为参考，并且必须要在TP1测试点上进行直通响应校准，才能正确地测量电压传递函数/out//in。如果不进行直通响应校准（或者没有连接馈通件，如图5所示），测得的增益会比正确值高出6 dB，原因是内部50 Ω 参考接收机测得的交流电压仅为Vin的一半。

在几十MHz以上的高频范围内进行测量时，将50 Ω 馈通件连接至被测器件的输入端口可以防止由仪表50 Ω 阻抗和被测器件的高输入阻抗间的阻抗失配所引发的驻波。但是，连接馈通件会在测量电缆的在中心导体与接地之间形成分流信号的路径，它可能会在进行大衰减器的测量（例如CMRR和PSRR）时产生与接地环路相关的测量误差，因此必须引起注意。如果严格考虑的话，最好不要连接馈通。

图5 使用S参数测试端囗和有源探头测量大器的配置（最高测量频率可达 30 MHz)

非50 Ω被测件，实例2

图6和图7是测量2端口器件的配置实例，器件输入与输出阻抗的范围是数百 Ω 至1或2 kΩ 。典型应用为低频无源滤波器，例如陶瓷滤波器和LC滤波器。在这些实例中，只需连接一个串联电阻即可实现阻抗匹配。图6是使用增益相位测试端口进行测试的配置方式，比值VT/VR就是1 kΩ系统阻抗的传输系数。

在有些滤波器的测量中，需要与负载电阻并联一个负载电容CL再进行测试。为了防止测量中对滤波器的特征参数产生影响，高阻抗探头的输入电容必须极低。因此，高阻抗T通道接收机应连接输入电容约为10 pF的 10:1无源探头。否则，如果被测器件对电容性负载很敏感的话，就应该用有源探头在仪表的S参数测试端口上进行测量，请看图5所示的测量放大器的配置。

使用T通道的50 Ω 内阻而不用高阻抗探头进行测量，并且按照图7所示连接另一个匹配电阻器，可以得到等效的测量结果。这种配置更为简单，优点是在T通道内不会引入探头的电容。但是，此配置不适合测量高抑制比的滤波器，因为串联匹配电阻会降低测量的动态范围。在这种情况下，动态范围会下降20*Log（50/1000）=26 dB。

图6 使用高阻抗探头膊量无源中频滤波器的测量配置（被测器件对电容性负载不是很敏感的情况）

图7 使用仪表50 Ω 输入端口测量无源中频滤波器的测量配置

使用探头在电路板上直接进行测量</