网络分析仪的工作原理及在测量领域的应用

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1、万方数据电子工叠师ELECTRONICENGINEERV01．34No．7Jlll．2008网络分析仪的工作原理及在测量领域的应用谷歆海(南京电子技术研究所，江苏省南京市210013)摘要：介绍了矢量网络分析仪的基本原理、应用范围，通过对矢量网络分析仪原理的介绍和误差修正，帮助理解和改进使用矢量网络分析仪进行测量的各种方法。同时详细介绍了矢量网络分析仪在部分测量领域的使用。包括：如何解决高功率放大器在测量中大功率电平的问题；如何解决电缆测量中延迟时间的问题；如何改进反射测量；如何利用频偏方式来测量混频器、变频器和调谐器等频率转换器件；如何提高非插入式器件测量的精度。关键词：矢量网

2、络分析仪；微波测量；误差分析中图分类号：TM9320引言网络分析是指设计制造人员或制造厂家对较复杂系统中所用元器件和电路(以下统称元件)电气性能进行测量的过程。当这些系统传送具有信息内容的信号时，最关心的是如何以最高效率和最小失真使信号从一处传到另一处。矢量网络分析是通过测量元件对频率扫描和功率扫描测试信号幅度与相位的影响，来精确表征元件特性的一种方法。矢量网络分析仪能对有源器件和无源器件如放大器、混频器、双工器、滤波器、耦合器和衰减器的特性进行表征，对每个端口的输入特性到其他端口的转移特性进行测量的能力，可以为设计人员在对大型系统配置元件时提供充分的依据。因此，矢量网络分析仪是

3、微波网络设计和测量最重要的测量仪器之一，已成为微波测量中必不可少的测量仪器，得到了非常广泛的应用。l基本原理1．1原理框图矢量网络分析仪是由激励信号源、．s参数测量装置(信号分离电路)、幅相接收机的有机结合。图1是微波一体化矢量网络分析仪整体系统框图。L-[西丑J图l矢量网络分析仪整体系统框图微波合成扫频信号源产生可以到毫米波段的激励收稿日期：2008啦-13；修回日期：2008舶珈。信号，经信号分离电路分离出DuT(被测件)的人射信号R、反射信号A和传输信号B，采用采样变频技术将上述微波信号转换成固定的中频信号，进行幅度和相位关系的测量。在频率变换过程中，采用系统锁相技术，以保

4、证被测网络的幅度信息和相位信息不被丢失，包含被测网络幅度信息和相位信息的第一中频信号经中频处理电路变成为第二中频信号，由A／D转换器转换为数字信号，内部计算机和DsP(数字信号处理器)从数字信号中提取DuT的幅度信息和相位信息，通过比值运算求出DuT的s参数。1．2误差分析所有的测量系统(包括矢量网络分析仪系统)都可能包含3类测量误差：系统误差、随机误差和漂移误差。矢量网络分析仪的测量误差，基本上可以分为随机误差和系统误差两大类。随机误差是不可重复的误差项，如电路特性随环境温度的漂移、外部电气干扰、测量系统的噪声、测试信号源的相位噪声、测量过程中或校准过程中连接端口的测量重复性和

5、开关重复性等都属于随机误差，在测试仪器中减小随机误差的最有效方法是对测试数据进行平均或平滑处理。由于微波、毫米波部件的不完善性所引入的误差称为系统误差，如定向耦合器的方向性误差、信号源失配误差、负载的失配误差、测试通道之间的频率跟踪误差以及通道之间的串扰等都是系统误差。它们足仪器测试不确定的主要来源，而在一个稳定的测量环境中，这些影响是稳定、可重复的，因而也是可表征的。减小系统误差的方法主要靠不断改进有关微波部件的设计和制造技术，力求提高其性能指标(例如提高定向耦合器的方向性、耦合的平坦度、减小各种接头的驻波比等)，或者在点频下利用复杂的阻抗调配技术来改善微波部件的性能，即用物理

6、的方法来减小或消除系统·15．万方数据·测控技术·电子工墨囊2008年7月误差。实际上，宽带微波部件的调配方法只能用于点频测量，且极为繁琐复杂，致使宽带扫频测量达不到高精度测量的要求。引入计算机技术，通过数学运算来消除扫频测量中的系统误差，从而提高了测量精度，通过测量校准和误差修正技术的应用大大地补偿了硬件的不足。网络分析仪的误差分析及误差修正功能使它能最大程度地减小在传输和反射测量中的系统误差，从而提高测量精度。通过测量校准和误差修正的校准件的精度转移到矢量网络分析仪中，矢量网络分析仪的测试精度将取决于所使用的校准件和校准方法。误差修正主要有4个关键步骤：误差模型的建立、用已知

7、特性的校准件进行测量校准、误差模型中误差参数的提取、从被测网络的实测Js参数中提取真实的S参数。2网络分析仪在部分测量领域的使用’矢量网络分析仪在5Hz～1lOGHz频率范围内进行测量。设计人员在制造过程中的最终测试常使用网络分析仪，它是全面测量网络参数的一种高精度智能化仪器，能测量和显示电气网络的整体幅度和相位特性，这些特性包括s参数、幅度和相位、swR(驻波比)、插入损耗和增益、衰减、群延迟、回波损耗、反射系数和增益压缩。2．1高功率放大器测量对高功率放大器进行测量需要解决一