矢量网络分析仪 工作 原理 矢网(高清版).pdfVIP

矢网分析仪 原理 目录 1. 一类独一无二的仪器 2. 网络分析仪的发展 3. 网络分析理论 4. 网络分析仪测量方法 5. 网络分析仪架构 6. 误差和不确定度 7. 校准 8. 工序要求 9. 一台仪器，多种应用 10. 其它资源: 1. 一类独一无二的仪器 网络分析仪是一类功能强大的仪器，正确使用时，可以达到极高的精度。 它的应 用也十分广泛，在很多行业都不可或缺，尤其对测量射频(RF)元件和设备的线性特 性方面非常有用。 现代网络分析仪还可用于更具体的应用，例如，信号完整性和 材料测量。 随着 NI PXIe - 5632 的问世，用户可轻松地将网络分析仪应用于设计 验证和生产线测试中，完全摆脱传统网络分析仪成本高、占地面积大的束缚。 2. 网络分析仪的发展 矢量网络分析仪，比如图 1 所示的 NI PXIe-5632 可用于测量设备的幅度、相位和 阻抗。 由于网络分析仪是一种封闭的激励-响应系统，因此可在测量 RF 特性时实 现绝佳的精度。 而充分理解网络分析仪的基本原理对于最大限度地受益于网络分 析仪至关重要。 图 1. NI PXIe-5632 矢量网络分析仪 在过去的十年中，矢量网络分析仪由于其较低的成本和高效的制造技术受到越来 越多业内人士的青睐，其风头已经盖过标量网络 分析仪。 虽然网络分析理论已经 存在了数十年，但是直到 20 世纪 80 年代初期第一台现代独立台式分析仪才诞生。 在此之前，网络分析仪身形庞大复杂，由众多仪器和外部器件组合而成，且功能有 限。 NI PXIe-5632 的推出标志着网络分析仪发展的又一个里程碑，它将矢量网络 分析功能成功地添加到软件定义的灵活 PXI 模块化仪器平台。 通常我们需要大量的测量实践，才能精确地测量幅值和相位参数，避免重大错误。 在部分射频仪器中，由于测量的不确定性，小误差很可能会被忽略不计，而对于网 络分析仪等精确的仪器，这些小误差却是不容忽视的。 3. 网络分析理论 网络是一个高频率使用术语，具有很多种现代的定义。 就网络分析而言，网络指 一组内部相互关联的电子元器件。 网络分析仪的功能之一就是量化两个射频元件 间的阻抗不匹配，最大限度地提高功率效率和信号的完整性。 每当射频信号由一 个元件进入另一个时，总会有一部分信号被反射，一部分被传输。 图 2 为类比图。 这就好比光源发出的光射向某种光学器件，例如透镜。 其中，透镜就类似于一个 电子网络。 当光射入透镜时，根据透镜的属性，一部分光将反射回光源，而另一部 分光则会传输过去。 根据能量守恒定律，被反射的信号和传输信号的能量总和等 于原信号或入射信号的能量。 在这个例子中，由于热量产生的损耗微乎其微，因 此忽略不计。 图2. 利用光来类比网络分析的一个基本原理。 我们定义反射系数(Î)为反射光与总（入射）光之比，该系数为包含幅值和相位的矢 量。 同样，定义传输系数(T)为投射光与入射光的矢量比。 图 3 表示的是这两个参 数。 图3. 传输系数(T)和反射比(Î)系数 通过反射系数和传输系数，用户就可以更深入地了解待测设备(DUT)的性能。 回顾 一下刚才的光类比，如果 DUT 是一面镜子，我们希望得到高反射系数。 如果 DUT 是一个摄像镜头，我们则希望得到高传输系数。 而太阳镜可能同时具有反射和透 射特性。 电子网络的测量方式与光器件测量方式相似。 网络分析仪产生一个正弦信号，通 常是各种频率的信号。 入射信号穿过 DUT 以及被 DUT 反射时，DUT 会做出响应。 传输信号和反射信号的量通常随着频率变化。 DUT 对入射信号作出的响应是 DUT 属性以及系统特性阻抗的不连续性的结果。 例如，带通滤波器的带外具有很高的反射系数，带内则具有较高的传输系数。 如 果 DUT 略微偏离特性阻抗则会造成阻抗失配，产生额外的非期望响应信号。 我们 的目标是建立一个精确的测量方法，测量 DUT 响应，同时最大限度的减少或消除 不确定性。 4. 网络分析仪测量方法 反射系数(Î)和传输系数(T)分别对应反射信号和传输信号与入射信号之比。 图 3 所 示的是这两个矢量。现代网络分析通过散射参数或 S-参数丰富了这一理论。 S-参数是复矢量，它们代表了两个射频信号的比值。 S-参数包含幅值和相位，对 应笛卡尔坐标表示为实部和虚部。 S-参