网络分析仪的原理详解

作者：时间：2012-12-11来源：网络收藏

表征传输的S-参数，如S21，类似于增益，插入损耗，衰减等其它常见术语。表征反射的S-参数，如S11，对应于电压驻波比(VSWR)，回波损耗，或反射系数。S-参数还具有其他优点。它们被广泛认可并应用于现代射频测量。你可以很容易地将S-参数转换成H、Z或其他参数。你也可以对多个设备进行S-参数级联，表征复合系统的RF特性。更重要的是，S参数用比率表示。因此，你不需要把入射源功率设置为精确值。DUT的响应会反映出入射信号的任何微小差别，但通过比率方式表征传输信号或反射信号相对于入射信号的比率关系时，差别就会被消去。

网络分析仪结构

网络分析仪可以分为标量(只包含幅度信息)和矢量(包含幅度和相位信息)两种分析仪。标量分析仪曾一度因其结构简单，成本低廉而广泛使用。矢量分析仪可以提供更好的误差校正和更复杂的测量能力。随着技术的进步，集成度和计算效率的提高，成本的降低，矢量网络分析仪的使用越来越普及。

网络分析仪有四个基本功能模块，如图5所示。

图5. 现代网络分析仪基本功能模块

信号源，用于产生入射信号，既支持连续扫频也支持离散频点，并且功率可调。信号源通过信号分离模块馈入DUT输入端，信号分离模块可看作一个测试装置。在这里，将反射信号和传输信号分离进不同的组件测量。对于每一个频点，处理器测量信号并计算参数值(例如S21或驻波比)。用户校准主要用于提供数据的错误校正，将在后续详细介绍。最终，当与网络分析仪交互时，你可以在显示器上查看参数以及修正后的数值，并使用其它用户功能，比如缩放波形图。

根据网络分析仪性能和成本的不同，有多种方式实现结构中的四个模块。测试装置可以设计成传输/反射(T/R)或全S-参数。其中，T/R测试装置是最基本的实现方式，结构见图6。

图6. 网络分析仪T/R测试装置结构

T/R结构包括一个稳定信号源，它能够提供指定频率和功率的正弦波信号;一个参考接收器R，它与功率分配器或定向耦合器相连，用于测量入射信号的幅值和相位。入射信号从网络分析仪端口1发出，馈入DUT的输入端。定向耦合接收器A测量任何反射回端口1的信号(包括幅值和相位)。定向耦合器和电阻桥功能类似，都可以用于分离信号，你可以根据性能，频率范围和成本要求进行选择。信号经过DUT传输进入网络分析仪的端口2，端口2处的接收器B用于测量该信号的幅值和相位。

接收器针对不同的特性要求也有不同的结构，可被看作是带有下变频器、中频滤波器以及矢量检测器的窄带接收机，类似于矢量信号分析仪。它们可以提取出信号的实、虚部，用于计算幅值和相位信息。此外，所有接收器都与信号源使用相同的相位参考，你可以在相同的相位参考下计算接收信号与入射信号的相位关系。

T/R结构具有性价比高，结构简单，性能好的特点。但仅只支持前向参数测量，例如S11和S21。如要测量反向参数，需要断开并反转DUT，或者借助外部开关控制。由于不能切换源(入射信号)到端口2，端口2的纠错能力有限。如果T/R结构设计符合你的项目要求，这种结构是一种高精度和高性价比的选择。

全S-参数结构如图7所示，在参考接收耦合器后的信号通路中嵌入了一个开关。

图7. 全S-参数网络分析仪

当开关连通端口1，分析仪测量前向参数。当开关连通端口2，你无需重置DUT外部连接，就可以测量反向参数。端口2处的定向耦合接收器B测量前向传输参数和反向反射参数。接收器A测量前向反射参数和反向传输参数。

由于开关放置在网络分析仪的测量路径上，因此用户校准时需要考虑开关的不确定性。尽管如此，两个开关位置仍可能会有细微的差别。另外，随着时间的推移，开关触点磨损，需要更频繁的用户校准。为了解决这个问题，可以把开关移到源输出，并且采用两个参考接收机，R1和R2，分别对应前向和反向，如图 8所示。由于采用了更高性能的架构，成本和复杂性也随之而来。