第七章电子测量大作业

电子测量大作业
【实验题目】查阅网络分析仪的技术资料,说明其功能与工作原理,比较网络分析仪与频谱分析仪的异同点。

目录:
网络分析仪简介..．．.....．..．.．.．..．...．..．.．...．.．.......．.....２
网络分析仪的功能.......．.．....．．.．．.．.....．.．..．．.．.....．．．...２
网络分析仪的原理...．．.．.....．．..............．....．．.．..．.．...．2 频谱分析仪简介.....．．．..．...．..．.....．.........．．....．.．．.....
３
频谱分析仪的基本原理.....．...．．．..．．．.．....．.．．...．.......．．.．3 结论．．．....．．....．....．.....．.....．.......．...．．..........．．.．4
一．网络分析仪简介
矢量网络分析仪,它本身自带了一个信号发生器，可以对一个频段进行频率扫描．如果是单端口网络分析仪测量的话，将激励信号加在端口上，通过测量反射回来信号的幅度和相位,就可以判断出阻抗或者反射情况. 而对于双端口测量,则还可以测量传输参数. 由于受分布参数等影响明显,所以网络分析仪使用之前必须进行校准
图１网络分析仪
二．网络分析仪的功能
可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和单口网络的复数散射参数，并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。

自动网络分析仪能对测量结果逐点进行误差修正，并换算出其他几十种网络参数,如输入反射系数、输出反射系数、电压驻波比、阻抗（或导纳）、衰减（或增益）、相移和群延时等传输参数以及隔离度和定向度等。

三．网络分析仪的原理
一个任意多端口网络的各端口终端均匹配时,由第n个端口输入的入射行波ａｎ将散射到其余一切端口并发射出去。

若第ｍ个端口的出射行波为bm,则n 口与ｍ口之间的散射参数Ｓmn=bm/an。

一个双口网络共有四个散射参数S11、S
２1、S1２和S22。

当两个终端均匹配时,Ｓ11和S2２就分别是端口１和２的反射系网络分析仪数，S21是由1口至2口的传输系数,S12则是反方向的传输系数。

当某一端口ｍ终端失配时，由终端反射回来的行波又重新进入m口。

这可以等效地看成是m口仍是匹配的，但有一个行波ａm入射到ｍ口。

这样，在任意情况下都可以列出各口等效入射、出射行波与散射参数之间关系的联立方程组。

据此可以解出网络的一切特性参数,如终端失配时的输入端反射系数、电压驻波比、输入阻抗以及各种正向反向传输系数等。

这就是网络分析仪的最基本的工作原理。

单端口网络可视为双口网络的特例，在其中除S11之外，恒有Ｓ２1＝Ｓ12=S2２。

对于多端口网络,除了一个输入和一个输出端口之外,可在其余一切端口都接上匹配负载，从而等效为一个双端口网络。

轮流选择各对端口作为等效双口网络的输入、输出端,进行一系列测量并列出相应的方程,即可解得n端口网络的全部n2个散射参数,从而求出n端口网络的一切特性参数。

在实际测量之前，先用三个阻抗已知的标准器（例如一个短路、一个开路和一个匹配负载)供仪器进行一系列测量,称为校准测量。

由实测结果与理想（无仪器误差时)应有的结果比对，可通过计算求出误差模型中的各误差因子并存入计算机中,以便对被测件的测量结果进行误差修正。

在每一频率点上都按此进行校准和修正。

测量步骤和计算都十分复杂,非人工所能胜任。

上述网络分析仪称为四端口网络分析仪,因为仪器有四个端口,分别接到信号源、被测件、测量通道和测量的参考通道。

它的缺点是接收机的结构复杂,误差模型中并未包括接收机所产生的误差。

四．网络分析仪的技术指标
①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。

②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。

③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。

④功率准确度：在规定功率范围上输出信号提供给额定阻抗负载的实际功率偏离指示值的误差。

⑤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安全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能力的重要指标。

⑥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。

⑦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
五．频谱分析仪简介
频谱分析仪是频域测量的典型仪器。

频谱分析仪按照其原理可以分为傅里叶分析仪,外差式分析仪,实时频谱分析仪等。

频谱分析已广泛应用于所有的无线或有线通信测量中,包括产品的开发，生产,安装，调试与维护等。

六．频谱分析仪的基本原理
现在应用广泛的是外差式频谱分析仪，所以在这里对外差式频谱分析仪原理做一个简要的介绍。

其原理框图如图2
图2外差式频谱分析仪
扫描信号发生器产生线性良好的锯齿波电压，这个锯齿波电压一方面送到显示器的水平偏转板，控制电子束在荧屏水平方向上的偏移；另一方面该锯齿波信号还被送到本地振荡器,控制本地振荡器。

使其产生输出频率随着锯齿波电压的升高而线性变化的扫频信号。

本振信号在混频器中与被测信号混频,产生和频和差频（通常只取差频)。

只有差频落在中频滤波器通带内才能通过中频滤波器。

为允许一个宽电平范围信号可同时在屏幕上显示，将通过中频滤波器中频信号用对数放大器实现幅度压缩,然后送到检波器进行检波,检波器把高频信号转化成与其幅度成正比的包络信号,这个信号也叫视频信号。

该信号经由视频滤波器平滑处理，去除一些噪声的影响。

最终,视频滤波器被用于控制电子在垂直方向上的偏转。

由于锯齿波电压幅度与电子束在荧光屏上的偏转呈线性关系,同时，锯齿波电压的幅度与本地振荡器输出频率成线性关系,也与能通过中频滤波器的被测信号频率成线性关系。

因此,显示屏的水平方向可以用频率来刻度，代表频率轴。

在垂直方向上，电子束的偏转正比与被测信号在特定频率点的幅度,因此，显示器的垂直方向可以用幅度来刻度，代表幅度轴。

七.结论
经过以上分析和介绍，对网络分析仪和频谱分析仪的异同总结如下:
异:
1．作用不同
网络分析仪主要是对器件性能进行测量，分析微波器件的S参数,主要由扫频信号源,检测器,接收机三大部分组成并在内部微处理器控制下运行的自动测试仪器。

ﻫ频谱分析仪主要是用来分析信号的频谱特性,测量未知信号。

2.原理不同
网络分析仪最基本的原理是通过列出各口等效入射、出射行波与散射参数之间关系的方程组,解出网络的一切特性参数,如终端失配时的输入端反射系数、电压驻波比、输入阻抗以及各种正向反向传输系数等。

频谱分析仪的原理(以外差式频谱分析仪为例)是利用带通滤波器的选频特性，从输入频谱中选出滤波器中心频率附近的频率分量，然后采用检波器对该频率分量进行ＡC/ＤC转换,就可以得到该频率分量的幅值，从而实现频谱显示。

3.内部结构不同
网络分析仪里面有自己的信号源,也有自己的接收机,但是如果把它理解成一个信号源和一台频谱仪的综合，那是有问题的，因为目前标准的网络分析仪只能测量线性参数，它是同频扫描的，举个例子，ＶNＡ扫描f１时，接收端也是测量f１信号上的传输和反射,再次计算得到S参数。

频谱分析仪的信号源是外加的,我们分析的就是这个外加信号的频谱
同:
１.本质相同
二者的本质都是频域分析的仪表，有的频谱分析仪配有跟踪源，也可用于测试电路的频率特性,有类似于网络分析仪的作用,但是一般只能测幅频特性，不能测相频特性，相当于标量网络分析仪。

2．某些指标相同
二者有一些共同的技术指标,比如频率范围，分析时间等。

3.涉及测量方面相同
他们都涉及到对信号进行时域和频域的测量。

七．参考资料
【1】电子测量技术赵会兵朱云编著高等教育出版社,201１,1０。