矢量網(wǎng)絡(luò)分析

1、矢量網(wǎng)絡(luò)分析（Vector Network Analyzer ，VNA）是通過(guò)測(cè)量元件對(duì)頻率掃描和功率掃描測(cè)試信號(hào)的幅度和相位的影響來(lái)精確表征元件特征的一種方法。 網(wǎng)絡(luò)分析是指對(duì)較復(fù)雜系統(tǒng)中所用元件和電路的電器性能進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程。這些系統(tǒng)傳送具有信息內(nèi)容的信號(hào)時(shí)，我們最關(guān)心的是如何以最高效率和最小失真使信號(hào)從一處傳到另一處。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是微波毫米波測(cè)試儀器領(lǐng)域中最為重要、應(yīng)用最為廣泛的一種高精度智能化測(cè)試儀器，在業(yè)界享有“微波/毫米波測(cè)試儀器之王”的美譽(yù)，主要用于被測(cè)網(wǎng)絡(luò)散射參量雙向S參數(shù)的幅頻、相頻及群時(shí)延等特性信息的測(cè)量，廣泛應(yīng)用于以相控陣?yán)走_(dá)為代表的新一代軍用電子裝備研制、生產(chǎn)、維修和

2、計(jì)量等領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于精確制導(dǎo)、隱身及反隱身、航空航天、衛(wèi)星通信、雷達(dá)偵測(cè)和監(jiān)視、教學(xué)實(shí)驗(yàn)以及天線與RCS測(cè)試、元器件測(cè)試、材料測(cè)試等諸多領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的廠家主要有：中國(guó)電子科技集團(tuán)41所、天津德力、成都天大儀器等單位。國(guó)產(chǎn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中，僅41所有與國(guó)外同類(lèi)先進(jìn)產(chǎn)品相對(duì)應(yīng)的頻率上限覆蓋至170GHz的系列化產(chǎn)品。在世界范圍內(nèi)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀生產(chǎn)廠商主要有美國(guó)安捷倫、日本安立和德國(guó)羅德施瓦茨等，其中以美國(guó)安捷倫代表著最高水平，其推出產(chǎn)品最高頻率上限已達(dá)500GHz。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可測(cè)量的器件：無(wú)源器件（濾波器） 有源器件（放大器）單端口器件（天線） 雙端口器

3、件（衰減器） 多端口器件（混頻器，耦合器，功分器） 平衡器件 （平衡濾波器等）網(wǎng)絡(luò)分析儀有標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀之分。標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀：只測(cè)量幅度信息，不支持相位的測(cè)量。接收機(jī)采用二極管檢波，沒(méi)有選頻特性，動(dòng)態(tài)范圍小。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：可同時(shí)測(cè)量被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅度信息和相位信息。接收機(jī)采用調(diào)諧接收，具有選頻特性，能夠有效抑制干擾和雜散，動(dòng)態(tài)范圍大。通過(guò)測(cè)量被 測(cè)網(wǎng)絡(luò)（被測(cè)件）對(duì)頻率掃描和功率掃描測(cè)試信號(hào)的幅度與相位的影響，來(lái)表征被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的特性。網(wǎng)絡(luò)分析的基本原理網(wǎng)絡(luò)有很多種定義，就網(wǎng)絡(luò)分析而言，網(wǎng)絡(luò)指一組內(nèi)部相互關(guān)聯(lián)的電子元器件。網(wǎng)絡(luò)分析儀的功能之一就是量化兩個(gè)射頻元件間的

4、阻抗不匹配，最大限度地提高功率效率和信號(hào)的完整性。每當(dāng)射頻信號(hào)由一個(gè)元件進(jìn)入另一個(gè)時(shí)，總會(huì)有一部分信號(hào)被反射，而另一部分被傳輸，這就好比光源發(fā)出的光射向某種光學(xué)器件，例如透鏡。其中，透鏡就類(lèi)似于一個(gè)電子網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)透鏡的屬性，一部分光將反射回光源，而另一部分光被傳輸過(guò)去。根據(jù)能量守恒定律，被反射的信號(hào)和傳輸信號(hào)的能量總和等于原信號(hào)或入射信號(hào)的能量。在這個(gè)例子中，由于熱量產(chǎn)生的損耗通常是微不足道的，所以忽略不計(jì)。我們可以定義參數(shù)反射系數(shù)（G），它是一個(gè)包含幅值和相位的矢量，代表被反射的光占總（入射）光的比例。同樣，定義傳輸系數(shù)（T）代表傳輸?shù)墓庹既肷涔獾氖噶勘?。通過(guò)反射系數(shù)和傳輸系數(shù)，你可以更深入

5、地了解被測(cè)器件（DUT）的性能?；仡櫣獾念?lèi)比，如果DUT是一面鏡子，你會(huì)希望得到高反射系數(shù)。如果DUT是一個(gè)鏡頭，你會(huì)希望得到高傳輸系數(shù)。而太陽(yáng)鏡可能同時(shí)具有反射和透射特性。電子網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量方式與測(cè)量光器件的方式類(lèi)似。網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生一個(gè)正弦信號(hào)，通常是一個(gè)掃頻信號(hào)。DUT響應(yīng)時(shí)，會(huì)傳輸并且反射入射信號(hào)。傳輸和反射信號(hào)的強(qiáng)度通常隨著入射信號(hào)的頻率發(fā)生變化。DUT對(duì)于入射信號(hào)的響應(yīng)是DUT性能以及系統(tǒng)特性阻抗不連續(xù)性的表征。例如，帶通濾波器的帶外具有很高的反射系數(shù)，帶內(nèi)則具有較高的傳輸系數(shù)。如果DUT 略微偏離特性阻抗則會(huì)造成阻抗失配，產(chǎn)生額外的非期望響應(yīng)信號(hào)。我們的目標(biāo)是建立一個(gè)精確的測(cè)量方法，測(cè)

6、量DUT響應(yīng)，同時(shí)最大限度的減少或消除不確定性。反射系數(shù)（G）和傳輸系數(shù)（T）分別對(duì)應(yīng)入射信號(hào)中反射信號(hào)和傳輸信號(hào)所占的比例?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析基于散射參數(shù)或S-參數(shù)擴(kuò)充了這種思想。S-參數(shù)是一種復(fù)雜的向量，它們代表了兩個(gè)射頻信號(hào)的比值。S-參數(shù)包含幅值和相位，在笛卡爾形式下表現(xiàn)為實(shí)和虛。S-參數(shù)用S坐標(biāo)系表示，X 代表DUT被測(cè)量的輸出端，Y代表入射RF信號(hào)激勵(lì)的DUT輸入端。表征傳輸?shù)腟-參數(shù)，如S21，類(lèi)似于增益，插入損耗，衰減等其它常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)。表征反射的S-參數(shù)，如S11，對(duì)應(yīng)于電壓駐波比（VSWR），回波損耗，或反射系數(shù)。S-參數(shù)還具有其他優(yōu)點(diǎn)。它們被廣泛認(rèn)可并應(yīng)用于現(xiàn)代射頻測(cè)量。你可以很容

7、易地將S-參數(shù)轉(zhuǎn)換成H、Z或其他參數(shù)。你也可以對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行S-參數(shù)級(jí)聯(lián)，表征復(fù)合系統(tǒng)的RF特性。更重要的是，S參數(shù)用比率表示。因此，你不需要把入射源功率設(shè)置為精確值。DUT的響應(yīng)會(huì)反映出入射信號(hào)的任何微小差別，但通過(guò)比率方式表征傳輸信號(hào)或反射信號(hào)相對(duì)于入射信號(hào)的比率關(guān)系時(shí)，差別就會(huì)被消去。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀基本結(jié)構(gòu)信號(hào)源，用于產(chǎn)生入射信號(hào)，既支持連續(xù)掃頻也支持離散頻點(diǎn)，并且功率可調(diào)。信號(hào)源通過(guò)信號(hào)分離模塊饋入DUT輸入端，信號(hào)分離模塊可看作一個(gè)測(cè)試裝置。在這里，將反射信號(hào)和傳輸信號(hào)分離進(jìn)不同的組件測(cè)量。對(duì)于每一個(gè)頻點(diǎn)，處理器測(cè)量信號(hào)并計(jì)算參數(shù)值（例如S21或駐波比）。當(dāng)對(duì)被測(cè)件（DUT）進(jìn)行測(cè)試時(shí)，信號(hào)源模塊產(chǎn)生的寬帶激勵(lì)信號(hào)經(jīng)S參數(shù)測(cè)試模塊分離出被測(cè)件的正向入射信號(hào)R1、反射信號(hào)A和傳輸信號(hào)B或者反向入射信號(hào)R2、反射信號(hào)B和傳輸信號(hào)A，在四通道混頻接收機(jī)模塊中進(jìn)行混頻產(chǎn)生中頻信號(hào)，中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理后進(jìn)入中頻處理模塊進(jìn)行取樣、保持，直接進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集A/D量化轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，最后在嵌入式計(jì)算機(jī)的控制下經(jīng)寬帶數(shù)字中頻處理濾波得到信號(hào)的幅度與相位信息，進(jìn)而通過(guò)比值運(yùn)算得出被測(cè)件的雙向S參數(shù)并顯示出測(cè)試曲線。dBm: Milliwatt decibel 毫瓦分貝，用于表示功率大小的絕對(duì)值，公式為