矢量网络分析仪时域分析的测量范围

什么是时域测量范围？

在时域分析中，测量范围定义为在未遇到反复的响应时，可以进行测量的一段时间。这种反复的响应被称为混叠。

响应反复会有规律地在一定的时间间隔上发生。在任何测量中，只要增加测量的时间跨度，都会观察到混叠响应。混叠的产生是因为频域数据的采集是在离散频率点而不是在连续频率上进行的。采样功能的结果是每个时域响应都以 1/Δf 秒重复 (根据数学理论，冲激和采样功能的傅立叶逆变换卷积就产生了每 1/Δf 秒的重复)。这个时间段决定了测量范围，它等于响应重复之间的时间间隔。

无混叠的测量范围与测试点的数量成正比，与频率跨度成反比。

为了增大测量范围，您可以增加测试点的数量和 (或) 减小频率跨度。这两种测试设置的改变都会减小数据点之间的 Δf，因而增大时域测量的范围。最大测量范围还取决于被测试器件的损耗，为了使响应成为无混叠的响应，来自被测网络的再反射必须在无混叠产生的时间间隔内降至最低。如果在无混叠范围之外存在大的反射响应，则它们将会作为混叠出现在无混叠范围内。如果在增加了测试点数之后观察到响应在时间轴上发生了移动，这很可能是一个混叠响应。如果返回的信号太小以致于无法测到，那么无论使用怎样的频率跨度，测量范围都会受到限制。

1 测量范围计算实例

在测试设置为 401 个测试点，频率跨度为 2.5 GHz 时，对聚乙烯材料电缆的时域范围必须是 32 米或更小。

为了确定以秒为单位的可测量范围，把频率跨度 (以 Hz 为单位) 去除测试点数减 1，就可以得到结果。例如，对 2.5 GHz 频率跨度和 401 个测试点，时域响应将以每 160 ns 的间隔重复。因为:

为了求出自由空间中的可测量距离，将上述得到的值 (以时间为单位) 乘以自由空间中的光速 (c)，即可得到结果。例如，160 ns 的测量范围就相当于 48 米的测量范围。因为:

为了计算实际的物理长度，把上述在自由空间中的测量范围乘以传输介质的相对传播速度换算系数，就可以得出结果。(大多数使用聚乙烯介质的电缆的相对速度变换系数是 0.66，聚四氟乙烯介质的相对速度变换系数是 0.7。)

测量范围 (米) = 48 米 x 0.66 = 32 米 (物理长度)

在本例中，测量范围实际物理长度为 32 米。为了防止在时域响应中出现重叠或混叠，进行传输测量时，测试器件的物理长度必须为 32 米或更短，进行时域反射测试时则必须为 16 米或更短 (对于时域反射测试，如果你想计算单向距离而不是往返距离，只需把长度除以 2)。

可以对矢量网络分析仪进行配置来完成一些数学运算，通过改变默认的速度换算系数，选择测量类型，显示游标就会显示出被测器件的正确长度。

在任何时域测量中，特别是对电长度很长的被测器件，仔细斟酌无混叠测量范围是非常重要的。对电缆进行故障定位的测试就是这方面非常好的实例。假定我们要对一段实际长度为 10 米的电缆进行测量，由于这是时域反射测试，所以适用的时域测量范围必须大于电缆实际电长度的二倍。

使用与上述相同的测试设置 (即 401 个测试点和 2.5 GHz 的频率跨度)，适用的测量范围约为 160 ns。现在在假定用 5 GHz 的频率跨度来测量同一根电缆。

2 如何识别混叠响应？

请注意，在上述计算中，由于 Δf 比较较大，适用的无混叠时域测量范围较小。由于这是时域反射测试，故可用的时域测量范围必须要大于电缆实际电长度的二倍。这便可以让激励信号在行进到不连续性处遇到反射后还能再返回测试端口。在本例中，时域的实际响应和混叠响应或许会有重叠。当发生这种现象时，通常如果不经过测试，不可能靠用肉眼观察就能把真实响应和混叠响应区别开来。

如果你对响应是真实响应还是混叠响应存有怀疑的话，首先要做的测试就是把测试时间间隔加大，看看是否在各个响应的间隔中有明显的重复响应现象。

如果你仍然不能确定响应是真实响应还是混叠响应，此时可以把响应测试轨迹调整到显示屏的中央，再储存到内存中留作以后做比较用。然后，把频率跨度减小之后再对被测器件进行测量。如果时域响应是有效的，那么测试轨迹中心仍然会在显示屏的同一个中心上，如果响应是混叠响应，改变频率跨度时，得到的测试轨迹会沿时间轴移动。

不产生混叠响应的测量所需要的时域测量范围取决于被测器件的电长度。对于反射测量而言，让激励信号行进到不连续性处经反射后再回到测试端口需要把测量范围设为被测器件电长度的两倍。要改变无混叠响应的测量范围，应该改变的部分是 Δf (增加测试点数或者减小频率跨度)。