网络分析仪

综合性微波测量仪

网络分析仪一种能在宽频带内进行扫描测量以确定网络参量的综合性微波测量仪器。全称是微波网络分析仪。网络分析仪是测量网络参数的一种新型仪器，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。

简介

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。

仪器介绍

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。

在微波电路的设计和计算中，需要对所用元、器件特性的全部网络参数进行全面定值。而微波元、器件中，包括微波晶体管，大多采用S参数（散射参数）来表述它们的特性。一般二端口网络需要有四个散射参数（S11、S22、S12和S21），才能对其全面定值。因此往往采用测量的方法来确定网络的参数。

20世纪60年代中期，出现能在宽频带范围内扫频测量并能显示全部网络S参数的模值和幅角的多功能仪器，这就是微波网络分析仪。因此网络分析仪的基本部分实际上就是一台S参数测量仪。方框图如图2所示。

由于测定了网络的S参数后，网络的其它各种特性参量都可以从S参数中导出，因此，微波网络分析仪具有多种功能。

发展过程

网络分析仪是在四端口微波反射计（见驻波与反射测量）的基础上发展起来的。在60年代中期实现自动化，利用计算机按一定误差模型在每一频率点上修正由定向耦合器的定向性不完善、失配和窜漏等而引起的误差，从而使测量精确度大为提高，可达到计量室中最精密的测量线技术的测量精确度，而测量速度提高数十倍。

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、S21、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。　图3左为四端口网络分析仪测量S11时测试单元的原理示意，箭头表示各行波的路径。信号源 u输出信号经开关S1和定向耦合器D2输入到被测网络的端口1，这就是入射波a1。端口1的反射波（即1口的出射波b1）经定向耦合器 D2和开关传到接收机的测量通道。信号源u的输出同时经定向耦合器D1传到接收机的参考通道，这个信号是正比于a1的。于是双通道幅度-相位接收机就测出b1/a1，即测出S11，包括其幅值和相位（或实部和虚部）。测量时，网络的端口2接上匹配负载R1，以满足散射参数所规定的条件。系统中的另一个定向耦合器D3也终接匹配负载R2，以免产生不良影响。其余三个S 参数的测量原理与此类同。图3右为测量不同Smn参数时各开关应放置的位置。

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。

参数

参数（散射参数）用于评估 DUT 反射信号和传送信号的性能。参数由两个复数之比定义，它包含有关信号的幅度和相位的信息。参数通常表示为：

输出输入

输出：输出信号的 DUT 端口号。

输入：输入信号的 DUT 端口号。

例如，参数 S21 是 DUT 上端口 2 的输出信号与 DUT 上端口 1 的输入信号之比，输出信号和输入信号都用复数表示。

当启动平衡 - 不平衡转换功能时，可以选择混合模 S 参数。

新发展

1973年又研制出六端口网络分析仪。它利用一个由定向耦合器和混合接头（魔 T）组成的六端口网络作为测量单元，除二个端口分别接信号源和被测件之外，其余四个端口均接到幅值检波器或功率计。通过检出的四个幅值的适当组合，可以求出被测网络散射参数的模和相位。它不必使用复杂的双通道接收机来取得相位信息，从而使测量系统的硬件大为简化。此外，它有超过必需数目的冗余测量端口，可以利用冗余数据之间互相核对来提高测量结果的可信性。但它的计算工作比四端口网络分析仪要复杂得多。采用双六端口网络分析仪来测量双端口网络，即用一个六端口网络仪接在被测网络的端口1，另一个接在端口2，可在测量过程中避免开关转换或人工倒转被测网络的输入端和输出端，进一步提高了测量的精确度。

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