矢量网络分析仪原理、结构及其测试实例

caidigou

　　网络分析仪中最常用的应用是矢量网络分析仪，它是用来分析各种微波器件和组件的电子测试测量领域中高精度仪器，在整个行业中使用率极高，作为重要仪器很多从事产品研发和测试的电子工程师都有可能需要使用。对于这种仪器，我们需要了解的主要是频域和时域两类测试功能，通过这两种功能的灵活掌握和使用，滤波器、放大器、混频器等仪器仪表或者电子电路系统存在有源和无源微波组合等，这些设备在正式投入市场的时候都需要经过严格的测试，使用它就可以很好的实现对各种参数的调试、测试。

　　电子工程师无论研发过程中或者是生产制造流程中，如何来测试和确定各种电子元器件的性能或者整个系统的各个参数是否符合设计的要求，是大家都面临许多重大挑战也是最为棘手的问题。我们知道在产品研发阶段，如何更快提高工作效率，减少设计时可能面对的重复工作，更快的更好的解决设计难题至关重要;同时在产品的生产制造过程中，需要在保持精度和最大产出率的同时，必须缩短测试时间和降低测试成本，保证最终产品的成功率，这些都是关系整个产品在市场竞争力。

　　由此可见，学习和掌握矢量网络分析仪原理、结构和功能对工程师来说，是很有意义的。本文通过总结了相关的资料和方案，给出矢量网络分析仪原理，并通过它的结构来深入的分析和学习其可以实现的功能以及优点特点，并结合一个测试实例做详细的说明。

　　矢量网络分析仪原理及结构分析

　　作为表征高频元器件性能最重要的测量工具之一，能够测量元件中的信号幅度、相位和群时延，在史密斯圆图上显示端口阻抗，并且利用时域功能显示从测试端口到阻抗失配或电路故障处的距离。其结构原理图如下：

　　(1)各部分的功能分析：

　　A、信号源：提供被测件激励输入信号，被测器件通过传输和反射对激励波作出响应，被测器件的频率响应可以通过信号源扫频来获取，由于测试结构需要考虑多种不同的信号源参数对系统造成的影响，故一般我们采用合成扫频信号源。

　　B、信号分离装置：含功分器和定向耦合器，分别提取被测件输入和反射信号，从而测量出它们各自的相位和幅度大小，测试装置可以单独也可以集成到分析仪的内部。

　　C、接收机：对被测件的反射、传输和输入信号进行测试;采用调谐接收机可以提供最好的灵敏度和动态范围，还能抑制谐波和寄生信号。

　　D、处理显示单元：对测试结果进行处理和显示，它作为多通道一起，需要有基准通道和测试通道，通过二者的比较才能知道测试的精准度，它的显示功能很强大并且灵活，如多种标记功能、极限线功能等，给系统和元器件的性能和参数测试带来很大的便利性。

　　它本身自带了一个信号发生器，可以对一个频段进行频率扫描. 如果是单端口测量的话，将激励信号加在端口上，通过测量反射回来信号的幅度和相位，就可以判断出阻抗或者反射情况. 而对于双端口测量，则还可以测量传输参数(网络分析仪的功能).

　　(2)测试原理分析

　　A、传统VNA包含一个给被测器件(DUT)和多测量接收机提供激励的射频信号发生器，以测量信号在正向传输和反向传输时入射、反射和传输信号。信号源在固定功率电平进行扫频以测量S参数，而在固定频率上对其功率扫描，可以测量放大器的增益压缩和AM-PM转换。这些测量能测定线性和简单非线性器件的性能。

　　B、对于基本的S参数和压缩测试，信号源和接收器调谐到相同的频率。不过，通过使信号源和接收机频率偏移，将接收机调谐至激励频率的整数倍，也能测出放大器的谐波性能。使信号源和接收机频率偏移的能力同样可以测量频率转换器件(如混频器和变频器)的幅度、相位和群延迟性能。

　　C、VNA只需一个射频源就可以测量元件的S参数、压缩和谐波，但增加第二内部信号源则可以对更为复杂的非线性特性，如IMD，进行测量，特别是当这两个源与网络仪内部的信号合路器配合使用时尤其如此。对于IMD测量，使用信号合路器将两个信号合并，然后送到被测放大器(AUT)的输入端。AUT的非线性会引起与被放大的输入信号一道出现的互调分量。在通信系统中，这些多余的分量将进入工作频带且不能通过滤波去除。实践中，只测三阶分量，因为它们是造成系统性能下降的最重要因素。

　　D、平衡电路测试原理：它能降低对电磁干扰的敏感度和又能降低电磁干扰的产生。平衡元件可以是在三个射频端口的平衡-单端器件或有四个端口的平衡-平衡器件。用四端口VNA很容易对这些元件进行测试，可以测量差模响应和共模响应以及模式变换项。这些测试可以用单端激励或真实模式激励来完成。单端法是每次只测试一个DUT端口并对差模响应和共模响应以及交叉模式特性进行数学计算。这是最快且精确的技术，条件是外加功率电平应使AUT保持在线性或适度压缩的工作区。

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