关于电磁波测量仪器矢量网络分析仪测试原理简介

关于电磁波测量仪器网络分析仪测试原理简介

学院信息科学与工程学院

专业电子信息工程

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电磁波技术是近代科学研究的重大成就之一。在雷达，通信，导航，电子对抗等许多领域得到了广泛的应用，尤其是雷达。随着电磁波技术在实际生活中的应用越来越广泛，以及电磁波测量技术的发展，使得电磁波测量在微波电路设计和天线设计方面发挥着越来越重要的作用。本文正是基于这样的应用背景下，讨论了PNA系列矢量网络分析仪在电磁波测量方面的测试原理。

摘要

PNA系列矢量网络分析仪（以下简称矢网）可用于射频和微波段各种器件和系统的测试，具有精度高，配置方式灵活和拓展性强的特点，可拓展为天线接收机，脉冲网络仪测试系统等，主要用于微波器件电路的研发和生产测试上。

关键字矢量网络分析仪微波电路测试原理

特点

1.可适合各种测试器件

包含各种非变频器件，大功率器件，混频器件，脉冲器件，天线等。对混频器件的测试，PNA具有混频器矢量校准功能，可完成对被测混频器或变频接收机电路的传输相位和幅度参数的精确测试。

2.先进的校准方法

支持同轴形式校准，电子校准，混合端口校准，变频器件矢量校准，用户定义校准等。

3.接收机性能的提高可保证仪表具备很高的测试动态范围和测试精度，同时PNA具

备的Embeding和De-embeding可保证对各种非插入器件的测试准确性。

4.使用方便扩展性能好

PNA硬件组成和软件的框架使得PNA的测试应用具备灵活的拓展性。可满足功率放大器，毫米波器件测试的要求。

PNA采用开放的windows系统，使器件测试，仪表自动控制，测试结果处理等工作变得方便和简单。

网络分析仪内部框图

图一网络分析仪内部框图

上图所示为网络分析仪内部组成框图。为完成被测件传输/反射特性测试，网络分析仪包含以下四个部分：

1、激励信号源，提供被测件激励输入信号；

2、信号分离装置，含功分器和定向耦合器件，分别完成对被测试件输入和反射信号提取；

3、接收机：对被测件的反射；传输；输入信号进行测试比较；

4、处理显示单元，完成对测试结果进行处理和显示。

信号源

图二矢网信号源

信号源提供被测件激励信号，由于网络分析仪要测试被测件传输/反射特性与工作频率和功率的关系，所以，网络分析仪内信号源需具备频率扫描和功率扫描功能。

为保证测试的频率精度,现在网络分析仪内信号源采用频率合成方法实现。当扫宽设置为零时，输出信号为点频CW信号。

网络分析控制其输出功率依靠ALC和衰减器两个部分完成，ALC保证输入信号功率的稳定和功率扫描控制，由于ALC控制范围有限,需衰减器完成大范围功率调整。

信号分离装置

图三信号分离器

网络分析仪内部功分器和定向耦合器分别完成对被测件输入信号和反射信号的提取。

其中当要测试被测件某个端口反射特性时，必须将定向耦合器直接连接在该测试端口上。

这两部分统称为信号分离装置,，这部分硬件也通常被测试为“测试座”，在一些特殊测试场合(大功率测试等)可不使用网络分析仪表一体化的内置测试座，而使用外置测

试座设备。

定向耦合器用于器件反射性能测试

图四定向耦合器

反射测试中, 定向耦合器对于被测件反射信号而言是正向连接，定向耦合器耦合端输出反映反射信号信息。

网络分析仪测试反射特性时，由于定向耦合器有限的方向性影响，耦合器耦合端会包

含泄露的输入激励信号，该信号会与反射信号进行矢量叠加，造成反射指标测试误差。被测件匹配性能越好，定向耦合器方向性对测试影响越大。

网络分析仪接收机

图五矢网接收机

接收机完成对参考信号，反射信号，输出信号幅度和相位参数的测试分析

其扫描过程通过锁相环保证与激励的频率同步扫描。其检测信号主要有两种方式：二极管检波和调谐接收机。

显示处理单元

图六显示处理单元

网络分析仪的显示处理部分完成对测试结果的处理并按照需要的方式显示测试结果。ENA网络仪表还可对测试结果进行合格判断，内置VBA编程等功能。

网络分析仪的测试动态范围

图七网络分析仪的测试动态范围

上图的测试结果反映了网络分析仪接收机带宽对测试动态范围影响的规律。

网络分析仪测试动态范围和测试精度

图八 网络分析仪测试动态范围和测试精度

网络分析仪测试精度与仪表接收机性能有关。接收机灵敏度度反映其工作性能，接收机灵敏度越高，网络分析测试精度越高。

上图反映网络仪接收机性能对测试精度影响的规律，坐标横轴是网络分析仪接收机中接收信号与干扰噪声信号的幅度比值， 纵轴为仪表幅度测试精度和相位测试精度。 从关系曲线规律看，接收机内部干扰噪声越小，其工作动态范围越大，则测试误差越小。 具体读数时，例如测试精度要求为:

被测件指标动态范围=80dB; 幅度误差<0.1 dB ; 相位误差< 0.6 degree

为满足该被测件动态范围和测试精度要求，相应仪表接收机内部干扰噪声信号需比接收信号小 39 dB 。

既仪表测试动态范围要求为>80+39=119dB 。

总结

本文分析了矢网关于微波射频电路和器件测量的基本原理，但微波射频电路和器件的发展是非迅速的，所以矢量网络分析仪相关技术课题也会随之扩展和更新。实际测量时需要根据矢网测试原理和被测器件特点选择合适的测量方法。

Error Due to Interfering Signal

0.001

0.01

0.1

110

100

0-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65-70

Interfering signal (dB)E r r o r (d B , d e g )