1. 光纖長延時器件的特點(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,，還有一個很重要的應(yīng)用就是進(jìn)行頻域和時域的信號處理，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,，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，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
對于長延時器件常常需要測量其衰減和電延時,，電延時是相位相關(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. 長延時器件S21的幅度測量時問題分析以及解決方案
長延時器件測量連接如圖2所示：
當(dāng)測量S21的幅度時,，幅度相應(yīng)看起來非常低，甚至?xí)幸恍┨?。此時,，如果你增加掃描時間，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,？
我們測量長延時器件的S21時,，VNA的掃描類型是線性頻率掃描，也就是頻率隨著時間掃描,，因此被測件(DUT)的時延" title="時延">時延會引起輸出頻率對輸入頻率有一個頻率偏移,，頻率偏移是由VNA的掃描速率和DUT的時延共同決定：
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)你測量長延時器件的S21幅度時，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)置每個頻點(diǎn)的駐留時間,。
C. 在參考通道，增加一個足夠長的電纜,，讓這個電纜來匹配DUT的時延,，但是這個方案會給校準(zhǔn)帶來一些麻煩。
4. 長延時器件的電延時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)分析儀具有群時延的測量功能,，但是很少有人能夠準(zhǔn)確地測量出長延時器件的電子延時,，甚至有時候測量的群時延為負(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,，請注意當(dāng)曲線的斜率為正值時，說明過補(bǔ)償,。最終的補(bǔ)償值為被測器件的電子延時長度,。
B. 群時延法
群時延的定義如下：
圖3所示的Average Delay代表DUT的電子長度或電延時，Group Delay Ripple代表DUT的相位失真,。群時延計(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，設(shè)置S21的顯示格式為Group Delay,，圖4給出群時延方法的測量結(jié)果,，DUT的平均群時延為247.776微秒。
C. 電延時補(bǔ)償?shù)刃Хㄅc群時延法相結(jié)合
這種方法結(jié)合電子延時補(bǔ)償?shù)刃Хㄅc群時延法,，首先在VNA里設(shè)置Electric Delay為一個估計(jì)值,，例如在圖4中可以估測電子延時為247.7微秒（這個值可以根據(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）,，然后測量其群時延。測量結(jié)果如圖5所示,，平均群時延為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)
在測量長延時器件時,，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)確地測量長延時器件就不會那么復(fù)雜了,。
參考文獻(xiàn)
1. Agilent PNA Series Network Analyzer Help, Agilent Technologies, Inc. 2007
2. 梅遂生,，光電子技術(shù)〔M〕，北京：國防工業(yè)出版社,，1999,，213.
3. 馬玉培,陳季文,要志紅.多延遲光纖傳輸系統(tǒng)[A].第十二屆全國化合物半導(dǎo)體材料、微波器件和光電器件學(xué)術(shù)會議論文集[C].中國：廈門,，2001,，573.
4. G.凱澤.光纖通訊原理[M].于耀明,等譯,北京：人民郵電出版社,，1988年,，9.