矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)是射頻微波領(lǐng)域核心的測(cè)量?jī)x器，主要用于測(cè)量高頻器件、電路及系統(tǒng)的線性、非線性參數(shù)，被譽(yù)為“儀器之王”。

一、概述

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通常以頻率范圍劃分，頻率越高，價(jià)格越昂貴。根據(jù)測(cè)試端口數(shù)量，可分為雙端口、3端口、4端口、6端口等類型。常見的國(guó)際品牌有美國(guó)的安捷倫(Agilent)、德國(guó)的羅德與施瓦茨(R&S)，國(guó)內(nèi)則有南京普納和中電41所等。它廣泛應(yīng)用于無線通信、雷達(dá)、航空航天等領(lǐng)域，是研發(fā)和生產(chǎn)測(cè)試中不可或缺的工具。

其常用功能強(qiáng)大，可測(cè)試功分器、合路器、濾波器、天線、電纜、放大器等多種器件。能夠測(cè)量的參數(shù)包括駐波比、回波損耗、插入損耗、增益、隔離度、相位、群延遲、1dB壓縮點(diǎn)、噪聲系數(shù)以及差分參數(shù)等，為工程師提供全面的器件性能評(píng)估。

二、組成與工作原理

典型的雙端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀主要由信號(hào)源、信號(hào)分離裝置、接收機(jī)和處理顯示單元四部分組成。

1. 信號(hào)源：作為激勵(lì)單元，它提供高精度、可編程的射頻信號(hào)。為了獲取被測(cè)器件的頻率響應(yīng)特性，信號(hào)源需具備頻率掃描功能，可輸出掃頻信號(hào);在測(cè)量放大器增益壓縮等特性時(shí)，則需進(jìn)行功率掃描。儀器通過自動(dòng)電平控制(ALC)和衰減器協(xié)同工作，確保輸出信號(hào)功率的精確與穩(wěn)定。

2. 信號(hào)分離裝置：該部分主要由功分器和定向耦合器構(gòu)成，也常被稱為“測(cè)試座”。功分器將信號(hào)源輸出的功率分配給參考接收機(jī)和測(cè)試端口。定向耦合器則連接在測(cè)試端口上，其核心作用是分離并提取被測(cè)器件的入射信號(hào)和反射信號(hào)，為反射特性測(cè)量提供基礎(chǔ)。定向耦合器的方向性是關(guān)鍵指標(biāo)，決定了其分離正反向傳輸信號(hào)的能力。

3. 接收機(jī)：接收機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)參考信號(hào)、反射信號(hào)和傳輸信號(hào)進(jìn)行幅度和相位的精確測(cè)量。為了實(shí)現(xiàn)高靈敏度和寬動(dòng)態(tài)范圍，通常采用調(diào)諧接收機(jī)架構(gòu)。它通過混頻器將高頻射頻信號(hào)下變頻為較低的中頻信號(hào)，經(jīng)濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)后，從中提取出信號(hào)的幅度與相位信息。接收機(jī)的性能直接決定了儀器的測(cè)試精度、動(dòng)態(tài)范圍和速度。

4. 處理顯示單元：這是儀器的“大腦”，負(fù)責(zé)對(duì)接收機(jī)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、誤差修正，并以多種方式顯示結(jié)果。用戶可以通過史密斯圓圖、對(duì)數(shù)幅度、相位等多種格式直觀地觀察數(shù)據(jù)，并進(jìn)行極限判斷、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、時(shí)域變換等復(fù)雜操作。

三、測(cè)試原理分析

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的核心是通過測(cè)量散射參數(shù)(S參數(shù))來表征被測(cè)器件的特性。它向被測(cè)器件注入激勵(lì)信號(hào)，并同步采集其反射和傳輸信號(hào)，通過與參考信號(hào)的對(duì)比，計(jì)算出S參數(shù)矩陣，從而量化器件的傳輸與反射特性。

除了基本的S參數(shù)測(cè)量，通過配置還可以進(jìn)行更復(fù)雜的測(cè)試。例如，通過使內(nèi)部?jī)蓚€(gè)信號(hào)源頻率偏移，可以測(cè)量混頻器等頻率轉(zhuǎn)換器件的性能;增加第二信號(hào)源并配合合路器，可對(duì)放大器的互調(diào)失真(IMD)等復(fù)雜非線性特性進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于平衡電路，四端口VNA可方便地測(cè)量其差模、共模響應(yīng)及模式轉(zhuǎn)換特性，全面評(píng)估電路性能。