矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA) 是一種用于對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行射頻 (RF) 測(cè)量的測(cè)試設(shè)備。我們知道，射頻信號(hào)可以在傳輸線上同時(shí)雙向傳播，而 VNA 可以分別測(cè)量這些信號(hào)。通過(guò)測(cè)量入射信號(hào)和反射信號(hào)，工程師可以確定被測(cè)設(shè)備 (DUT) 的特性。下圖框圖展示了 VNA 的內(nèi)部工作原理。

VNA 的核心測(cè)量參數(shù)是散射參數(shù)，即 S 參數(shù)。這些參數(shù)通過(guò)比較儀器內(nèi)部接收機(jī)(如參考信號(hào) R1、測(cè)量信號(hào) A 和 B)的采樣值導(dǎo)出。例如，S11(輸入端口反射系數(shù))和 S21(正向傳輸增益/損耗)的未校準(zhǔn)值分別是 A/R1 和 B/R1 的比值。得益于這種比值測(cè)量的特性，激勵(lì)信號(hào)的絕對(duì)幅度并不影響測(cè)量結(jié)果。經(jīng)過(guò)精密的校準(zhǔn)算法修正后，VNA 能以極高的動(dòng)態(tài)范圍和精度呈現(xiàn)設(shè)備的頻率響應(yīng)。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA) 可以用于哪些用途?

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA) 是一種用途非常廣泛的儀器。它可以用來(lái)測(cè)量濾波器的頻率響應(yīng)。濾波器用于允許特定頻率的信號(hào)通過(guò)通帶，并抑制阻帶中的頻率。下圖 顯示了 4 GHz 濾波器的測(cè)量結(jié)果。Copper Mountain Technologies 的 VNA 具有卓越的動(dòng)態(tài)范圍，可以同時(shí)測(cè)量通帶中 1.1 dB 的插入損耗和阻帶中 110 dB 的衰減，如圖中紅色 S21 曲線所示。紫色 S11曲線顯示了濾波器的回波損耗，其在通帶內(nèi)優(yōu)于 20 dB。

VNA 也可用于測(cè)量如圖所示的放大器。

圖左上角顯示的是輸入回波損耗，右上角顯示的是反向隔離度，左下角顯示的是增益，右下角顯示的是輸出匹配。1 GHz 以上的 10 dB 回波損耗并不理想。增加輸入匹配元件有助于改善回波損耗。

在任何單一頻率下，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA) 可以設(shè)置為掃描激勵(lì)輸出功率，軟件可以顯示輸出功率與輸入功率的關(guān)系，或者顯示 S21與輸入功率的關(guān)系。如果通過(guò)功率掃描觀察 S21 ，則其下降 1 dB 的點(diǎn)即為放大器的 1 dB 壓縮點(diǎn)，如圖6所示。

放大器 1 dB 壓縮

在有源器件測(cè)試方面，VNA 同樣不可或缺。它可以全面測(cè)量放大器的增益、輸入/輸出匹配(回波損耗)以及反向隔離度。通過(guò)設(shè)置功率掃描模式，VNA 還能測(cè)試放大器的關(guān)鍵非線性指標(biāo)——1 dB 壓縮點(diǎn)。當(dāng) S21 參數(shù)隨輸入功率增加而下降 1 dB 時(shí)，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)即為壓縮點(diǎn)，這是衡量放大器線性工作范圍的重要依據(jù)。

除此之外，VNA 的功能還延伸至材料特性分析、天線性能驗(yàn)證、電纜故障定位(通過(guò)時(shí)域反射 TDR 技術(shù))以及混頻器的變頻損耗測(cè)量等。值得一提的是，VNA 還具備一定的“多面手”能力：將其設(shè)置為“零跨度”模式，即可作為單一頻率的信號(hào)源使用;在特定條件下，也能粗略觀察外部輸入信號(hào)的頻譜。這些特性使其成為研發(fā)、生產(chǎn)與維護(hù)環(huán)節(jié)中不可或缺的精密測(cè)量工具。