矢量网络分析仪

矢量网络分析仪知识一、概述一用途 矢量网络分析仪是微波毫米波测试仪器领域中最为重要、应用最为广泛的一 种高精度智能化测试仪器,在业界享有“微波/毫米波测试仪器之王的美誉, 主要用于被测网络散射参量双向 S 参数的幅频、相频及群时延等特性信息的测 量,广泛应用于以相控阵雷达为代表的新一代军用电子装备研制、生产、维修和 计量等领域,还可 以应用于精确制导、隐身及反隐身、航空航天、卫星通信、雷 达侦测和监视、教学实验以及天线 与 RCS 测试、元器件测试、材料测试等诸多领域.二分类与特点 矢量网络分析仪可以分为分体式矢量网络分析仪、一体化矢量网络分析仪、 高性能矢量网络 分析仪、脉冲矢量网络分析仪、毫米波矢量网络分析仪、多端口矢量网络分析仪、非线性矢量网络 分析仪、便携式矢量网络分析仪、矢量网络分 析仪模块目前只有 VXI 总线形式等类型产品. 分体式矢量网络分析仪特点采用积木式结构，以主机、信号源、S参数测试装置、限制机等独立设备系 统集成,配置灵活,技术指标较高,系列化产品工作频段覆盖 45MHz170GHz, 但体积庞大、连接复杂、对操作要求高,已逐渐被一体化、高性能矢量网络分析 仪替代.一体化矢量网络分析仪特点 采用集成式结构,将信号源、 S 参数测试装置、幅相接收机等集成在一个机 箱内,体积小、测试方便,代表着矢量网络分析仪体系结构的开展方向.早期的 一体化矢量网络分 析仪工作频率主要为 20GHz 以内,目前正向高性能的新一代产 品线全面过渡.高性能矢量网络分析仪特点 采用基于多处理器的嵌入式计算机平台、基于模块化的多级倍频稳幅和宽带 混频接收架构以及基于 Windows 操作系统的多线程实时测量软件平台,操作方 便,扩展灵活,技术指标较之以往产品有质的提升,工作频段覆盖 300kHz67GHz, 突破基于平台式体系架构设计的自主产品开展理论,代表着矢量网络分析仪的主 要开展方向.脉冲矢量网络分析仪特点 以微波脉冲调制信号作为鼓励信号,在继承连续波矢量网络分析仪宽频带、 高精度和高速测量特点的根底上,能够在实时测量状态下获得被测电子元器件和 电子装备在脉冲调制鼓励信号状态下的幅频、相频和群时延特性信息,满足新体 制军用电子装备 的测试需求,目前可实现 100ns 脉冲窄带信号测量,工作频率上限可达 40GHz.毫米波矢量网络分析仪特点 毫米波矢量网络分析仪是矢量网络分析仪在毫米波乃至更高频段的重要分 支,适用于毫米波 /亚毫米波甚至更高频段器部件的幅频、相频和群时延特性的 测量,目前工作频率上限可达 170GHz多端口矢量网络分析仪特点 采用基于多源模式和多端口网络矢量误差修正的体系结构,有效扩展矢量网 络分析仪的端口测试水平,能够满足集成化程度高的多端口、平衡器件/组件的S 参数精确测试要求,目前四端口产品工作频率上限可达 40GHz 非线性矢量网络分析仪特点采用宽带谐波取样变频结合宽带四通道幅相接收机模式,综合矢量网络分析 仪矢量误差修正以及绝对功率校准和谐波相位校准,能够实现被测器件 在连续波 或周期调制鼓励下的非线性特性测试并可用于非线性建模验证,目前工作频率上 限达 20GHz.便携式矢量网络分析仪特点 采用便携、手持式小型化设计,融合精密合成源、高灵敏度接收机和电池供 电系统,能够快速 对室外电子系统进行现场安装和调试测试与故障定位 ,适合野 外现场作业 ,目前工作频率可达 18GHz矢量网络分析仪模块特点 矢量网络分析仪模块具有体积小重量轻等特点,主要用于组建测试系统,例 如,用于武器装备 的维护测试,目前工作频率可达 20GHz三产品国内外现状国内生产矢量网络分析仪的厂家主要有：中国电子科技集团41所、天津德 之 成都城大仪器 等单位.国产矢量网络分析仪中，仅41所有与国外同类先进 产品相对应的频率 上限覆盖至170GHz的系列化产品在世界范围内矢量网络分 析仪生产厂商主要有美国安捷伦、日本安立和德国罗德施瓦茨等,其中以美国安 捷伦代表着最高 水平,具推出产品最高频率上限已达5 0 0 G H z .四技术开展趋势分体式矢量网络分析仪将趋于淘汰； 集成化、小体积、多功能、远程交互已经成为未来矢量网络分析仪产品主要的开展趋势； 更高的频率上限、更宽的频段覆盖、更大的测试功率、更快的测试速度、更高的测试精度与稳 定度仍是矢量网络分析仪产品开展的目标；平台架构体系技术、高速数字信号处理技术、计算机软硬件技术、微波毫米 波设计与集成化技 术、网络化技术等在矢量网络分析仪中将会不断得到提升、 推广与应用.二、根本工作原理矢量网络分析仪主要由：本振信号源、信号源、频率基准、混频接收机、 S 参数测试、中频处理、数字信号处理、嵌入式计算机、显示、I/O、系统软件、 电源等局部电路构成.矢量网络分析仪的原理框图如图1 所示.当对被测件DUT进行测试时,信号源模块产生的宽带鼓励信号经S参数 测试模块别离出被测件的正向入射信号R1、反射信号A和传输信号B或者反向 入射彳S号R2、反射信号B和传输信号A,在四通道混频接收机模块中进行混频产生中频信号， 中频信号经过调理后进入中频处理模块进行取样、保持，直接进行 高速数据采集A/D量化转换变 为数字信号,最后在嵌入式计算机的限制下经宽带 数字中频处理滤波得到信号的幅度与相位信息, 进而通过比值运算得出被测件的 双向 S 参数并显示出测试曲线.电源模块I/O接I模块i木振信弓源模块混频接收机模块 f显示模块S参数测试模块信号源模块频率基准模块屮频处理模块数字信号 处理模块嵌入式i 算机模块系统软件 模块DUT图 1 矢量网络分析仪整机原理框图三、主要技术指标矢量网络分析仪的主要技术指标：频率范围 是指矢量网络分析仪所能产生和分析的载波频率范围.频率分辨力 在有效频率范围内可得到并可重复产生的最小频率增量.频率准确度 矢量网络分析仪频率指示值和真实值的接近程度.功率准确度 在规定功率范围上输出信号提供应额定阻抗负载的实际功率偏离指示值的 误差.动态范围 为接收机噪声电平与测试端口最大输出电平和接收机最大平安电平之间较 小者之差,是表征矢量网络分析仪进行传输测量水平的重要指标.系统幅度迹线噪声 指矢量网络分析仪显示器上迹线的幅度稳定度,主要取决于矢量网络分析仪 的信号源和接收机的稳定度.系统相位迹线噪声 指矢量网络分析仪显示器上迹线的相位稳定度,主要取决于矢量网络分析仪 的信号源和接收机的稳定度.四、选购考前须知在矢量网络分析仪选购时将要考虑的因素逐一排序如图 选择最适合您 2 所示,就不难测量要求的矢量网络分析仪价格 架构f工作频率功能选件 f 测试附件图 2 矢量网络分析仪选择排序选购矢量网络分析仪应考虑因素：价格选购矢量网络分析仪首先需要考虑产品价格范围, 矢量网络分析仪的价格取决于许 多因素, 包括架构、工作频率、功能等,一般情况下,相同指标的矢量网络分析仪,国产比进口产品价格廉价 很多.产品架构 对于矢量网络分析仪,产品架构是很重要的因素,与矢量网络分析仪的价格关系最 大,如是选 择分体式产品还是一体化产品,是选择第一代一体化产品还是新一代高性能产品.工作频率 对于矢量网络分析仪,工作频率是最重要的指标,它不但决定着要测试信号的最高频率,而且 与矢量网络分析仪的价格关系很大.功能选件 是否具备脉冲或其它功能选件,是否需要特殊功能也影响选购价格.测试附件配置校准件、测试电缆,国产和进口产品之间的价格差异也很大.