电子测量大作业二----7-14
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班级：铁道信号1204
2014年12月
7-14查阅网络分析仪的技术资料，说明网络分析仪的功能和基本原理，比较网络分析仪和频谱分析仪的异同点
一、网络分析仪的功能
现代网络分析仪已广泛在研发，生产中大量使用，网络分析仪被广泛地应用于分析各种不同部件，材料，电路，设备和系统。无论是在研发阶段为了优化模拟电路的设计，还是为了调试检测电子元器件，矢量网络分析仪都成为一种不可缺少的测量仪器。网络分析仪是一种功能强大的仪器，正确使用时，可以达到极高的精度。它的应用也十分广泛，在很多行业都不可或缺，尤其在测量无线射频（RF）元件和设备的线性特性方面非常有用。现代网络分析仪还可以应用于更具体的场合，例如，信号完整性和材料的测量。随着业界第一款PXI 网络分析仪—NI PXIe - 5630的推出，你完全可以摆脱传统网络分析仪的高成本和大占地面积的束缚，轻松地将网络分析仪应用于设计验证和产线测试。
二、网络分析仪的基本原理
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。图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。
三、频谱分析仪与网络分析仪的异同点
频谱分析仪主要有两种结构：扫频式的和FFT，由于FFT结构存在测量频率的限制，一般只用于低频，而扫频式的广泛应用与射频和微波领域
扫频相对于FFT优点有：测量频率范围宽，DANL低，测量动态范围大等
FFT相对于扫频的优点有：实时测量
当然扫频的频谱仪有的也有FFT功能，如PSA，一般的频谱分析仪，后端对接收信号进行AD采集，然后用DSP处理后，可以达到VSA（矢量信号分析仪）的功能，如ESA＋89601A 当然目前的频谱分析仪功能还可以扩展，如NF测试，Phase Noise的测试，Digital Modulation 的测试等，但是这些一般是作为选件，选件的意思就是要额外的付钱。
网络分析仪有矢量和标量两种，目前主要的是矢量的，也就是说它能同时测量得到传输、反射幅度和相位信息，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，具个例子，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。
当然现在的VNA功能也扩展了，一般的VNA有frequcney offset选件，加上这个，就可以完成例如Mix这种频率偏移器件的扫描测试，当然有了这个频率偏移，也可以进行器件的非线性测试，如谐波等参数测试。
还有一个VNA的主要扩展就是进行差分器件的测试，目前随着差分拓扑的广泛应用，VNA 也推出了例如四端口的VNA，但是它产生的信号也不是物理上差分，而是逻辑上差分，主要还是完成四端口网络的测试，然后进行混合S参数转换，得到DUT的差分性能，但是四端口的VNA一般要比两端口的贵上一倍
