矢量网络分析仪VNA是一种测试仪器，它可以将网络的响应测量成矢量:实参数和虚参数，从而表征其性能。矢量网络分析仪VNA是射频设计实验室和许多制造和服务领域的重要测试仪器。虽然矢量网络分析仪主要侧重于研究和开发，但它也可以为所有类型的RF网络的运行和性能提供重要的见解。矢量网络分析仪向网络提供激励，然后监控响应。这样，您可以检查操作和性能，并评估其适用性。矢量网络分析仪可用于所有射频和微波频率。
是德科技E5061B矢量网络分析仪
一、矢量网络分析仪的概念
矢量网络分析仪的基本概念是测量信号通过被测设备时的透射波和反射波。通过测量感兴趣的频带(通常超过该频带)中的发射和反射信号，可以确定设备的特性。如果使用透射和反射信号来表征输入和输出，则可以完全表征器件。这可以构成射频电路设计或测试的关键部分。
矢量网络分析仪的基本概念
· 反射参数
当功率进入 RF 网络时，一些功率会进入网络，但取决于阻抗匹配，一些功率会反射回源。反射系数Γ是关键参数之一：
其中：Γ = 反射系数 Vreflected = 反射波的电压 Vincident = 正向波或入射波的电压 ZL = 负载阻抗 Z0 = 馈线特征阻抗。
回波损耗是表示反射特性的另一种方式：
· 传输特性
RF网络的传输特性在矢量网络分析仪中同样重要，因为它们决定了功率如何通过网络。传输系数 T 可以表示为：
插入损耗(- 值)或增益(+ 值)可以表示为：
二、幅度和相位
矢量网络分析仪VNA 的关键要素是它可以测量幅度和相位。然而，只有振幅测量更容易，可以用不太复杂的仪器进行。在很多情况下，这可能就足够了。比如只考虑放大器在某个带宽内的增益，或者要求滤波器的幅度响应。然而，包括相位和幅度的测量可以找到关于被测设备的更多信息，因为相位是网络分析中的关键元素。这是因为设备和网络的完整特性包括相位和幅度的测量。只有知道矢量网络分析仪的相位和幅值，才能开发出完整的仿真电路模型。这将使得能够基于共轭匹配技术来设计匹配电路。时域表征需要幅度和相位信息来执行逆傅立叶变换。此外，需要相位数据来执行矢量误差校正。
矢量网络分析仪框图
该图显示了矢量网络分析仪的高级框图，其中显示了主要电路块：
· 处理器和显示器：矢量网络分析仪的这个区域充当人机界面，以所需的方式显示结果 - 可以以多种格式显示网络分析的结果，包括史密斯圆图、笛卡尔格式、实数和虚值。矢量网络分析仪最常见的输出是史密斯圆图格式，因为它简明地显示了网络的属性。
· 信号源：VNA 的信号源为射频网络提供激励。这些振荡器包含在VNA 中，能够扫描测试仪器的频率范围。
· 接收器和检测器：矢量网络分析仪的这个模块接收来自信号分离器的信号，并根据与入射波相比的反射波和透射波来处理它们。这些结果被传递到处理器和显示器。
· 端口：这些是直接连接到被测设备的VNA组件。它们通常有两个到DUT 的连接，一个在输入端，一个在输出端，等等。一些 VNA 可能有更多端口用于具有多个连接的系统。
VNA在设备本身的前面板上有精密连接器，然后使用精密电缆将这些连接器连接到被测设备。需要精密电缆，因为标准电缆的相位和损耗会随着轻微的移动而改变太多。
为了测试设备，在矢量网络分析仪中产生可变频率信号，并切换输出以测试一个方向或另一个方向的DUT。信号传输到分路器，一路输出作为接收机的参考信号，另一路传输到定向耦合器，然后通过VNA和精密电缆上的外部连接进入DUT。
功率通过定向耦合器(定向耦合器1)到达DUT，但是第三端口检测入射功率并再次连接到接收器。通过被测设备的功率被定向耦合器2采样，并且信号被连接到接收器。
除了产生给被测设备供电的信号之外，信号源还有一个连接到接收器的输出端。这使得能够从检测到的信号中获得相位信息。目前，数字信号处理将广泛应用于矢量网络分析仪，大部分接收器和检测器将采用数字格式。
接收器的处理信号然后被馈送到处理器和显示器。在这一部分中，将再次使用微处理器技术来提供现代测试仪器所需的控制、功能和用户友好的显示。
尽管矢量网络分析仪的这个非常简化的示例显示了两个端口，但对于具有许多不同信号路径的系统，一些矢量网络分析仪可能会使用更多端口。
矢量分析仪可能是非常昂贵的测试设备。然而，它们在RF网络设计中非常有价值——尤其是滤波器和任何其他需要精确评估RF性能的器件。通过这种方式，您可以充分了解正在发生的事情，并确保整体设计正常工作。
