矢量网络分析仪的原理及测试方法课件

网络分析仪工作原理及使用要点本文简要介绍41所生产的AV362O矢量网络分析的测量基本工作原理以及正确使用矢量网络分析测量电缆传输及反射性能的注意事项。

1.DUT对射频信号的响应矢量网络分析仪信号源产生一测试信号，当测试信号通过待测件时，一部分信号被反射，另一部分则被传输。

图１说明了测试信号通过被测器件（DUT）后的响应。

图１DUT 对信号的响应2.整机原理：矢量网络分析仪用于测量器件和网络的反射特性和传输特性，主要包括合成信号源、S 参数测试装置、幅相接收机和显示部分。

合成信号源产生30k～6GHz的信号，此信号与幅相接收机中心频率实现同步扫描；S参数测试装置用于分离被测件的入射信号R、反射信号A 和传输信号B；幅相接收机将射频信号转换成频率固定的中频信号，为了真实测量出被测网络的幅度特性、相位特性，要求在频率变换过程中，被测信号幅度信息和相位信息都不能丢失，因此必须采用系统锁相技术；显示部分将测量结果以各种形式显示出来。

其原理框图如图２所示：图２矢量网络分析仪整机原理框图矢量网络分析内置合成信号源产生30k～6GHz的信号，经过S参数测试装置分成两路，一路作为参考信号R，另一路作为激励信号，激励信号经过被测件后产生反射信号A和传输信号B，由S参数测试装置进行分离，R、A、B三路射频信号在幅相接收机中进行下变频，产生4kHz的中频信号，由于采用系统锁相技术，合成扫频信号源和幅相接收机同在一个锁相环路中，共用同一时基，因此被测网络的幅度信息和相位信息包含在4kHz的中频信号中，此中频信号经过A/D模拟数字变换器转换为数字信号，嵌入式计算机和数字信号处理器（DSP）从数字信号中提取被测网络的幅度信息和相位信息，通过比值运算求出被测网络的S参数，最后把测试结果以图形或数据的形式显示在液晶屏幕上。

◆合成信号源：由3～6GHz YIG振荡器、3.8GHz介质振荡器、源模块组件、时钟参考和小数环组成。

◆测试装置：由定向耦合器和开关构成，用于分离反射信号和入射信号。

矢量网络分析仪工作原理矢网（高清版）矢网分析仪原理目录1.一类独一无二的仪器2.网络分析仪的发展3.网络分析理论4.网络分析仪测量方法5.网络分析仪架构6.误差和不确定度7.校准8.工序要求9.一台仪器，多种应用10.其它资源:1. 一类独一无二的仪器网络分析仪是一类功能强大的仪器，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，尤其对测量射频(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用于更具体的应用，例如，信号完整性和材料测量。

随着NI PXIe - 5632的问世，用户可轻松地将网络分析仪应用于设计验证和生产线测试中，完全摆脱传统网络分析仪成本高、占地面积大的束缚。

2. 网络分析仪的发展矢量网络分析仪，比如图1所示的NI PXIe-5632可用于测量设备的幅度、相位和阻抗。

由于网络分析仪是一种封闭的激励-响应系统，因此可在测量RF特性时实现绝佳的精度。

而充分理解网络分析仪的基本原理对于最大限度地受益于网络分析仪至关重要。

图1.NI PXIe-5632矢量网络分析仪在过去的十年中，矢量网络分析仪由于其较低的成本和高效的制造技术受到越来越多业内人士的青睐，其风头已经盖过标量网络分析仪。

虽然网络分析理论已经存在了数十年，但是直到20世纪80年代初期第一台现代独立台式分析仪才诞生。

在此之前，网络分析仪身形庞大复杂，由众多仪器和外部器件组合而成，且功能有限。

NI PXIe-5632的推出标志着网络分析仪发展的又一个里程碑，它将矢量网络分析功能成功地添加到软件定义的灵活PXI模块化仪器平台。

通常我们需要大量的测量实践，才能精确地测量幅值和相位参数，避免重大错误。

在部分射频仪器中，由于测量的不确定性，小误差很可能会被忽略不计，而对于网络分析仪等精确的仪器，这些小误差却是不容忽视的。

3. 网络分析理论网络是一个高频率使用术语，具有很多种现代的定义。

就网络分析而言，网络指一组内部相互关联的电子元器件。

矢量网络分析仪矢量网络分析仪是一种广泛应用于通信、无线电设备和电子电路实验的精密测试仪器。

它可以测量电路中各种参数，如反射系数、传输系数和阻抗等，并为分析电路的性能提供数学模型。

本文将对矢量网络分析仪的原理、结构和应用进行详尽介绍。

一、矢量网络分析仪的原理矢量网络分析仪的原理是基于麦克斯韦方程组和电磁场理论。

在基础电磁理论的基础上，矢量网络分析仪将电信号分为正弦波和相位两部分进行测量，通过计算这些部分的幅度和相位差异，可以确定电路中各种参数的值。

这里简单介绍一下矢量网络分析仪的基本工作原理。

1.1 反射系数的测量反射系数是指信号在电路中反射时与源信号之间的关系。

在矢量网络分析仪的测量中，反射系数的测量可以通过向电路输入一个特定频率的正弦信号，并在电路的接收端检测到其反射信号，然后测量两个信号之间的相位和振幅差异，来计算反射系数的值。

1.2 传输系数的测量传输系数是指信号从电路的输入端到输出端的传输效率。

在矢量网络分析仪的测量中，传输系数可以通过在电路的输入端和输出端分别加入正弦信号，并测量两个信号之间的相位和振幅差异，来计算传输系数的值。

1.3 阻抗的测量阻抗是指电路对电流和电势差的响应，其强度和方向受到电路的各种参数的影响。

在矢量网络分析仪的测量中，阻抗可以通过向电路输入一个特定频率的正弦信号，并通过测量电路中的电流和电势差，来计算阻抗的值。

二、矢量网络分析仪的结构矢量网络分析仪的结构主要分为三部分：源信号、接收器和计算机控制系统。

源信号负责向电路中输入正弦信号，接收器负责检测电路中的反射和传输信号，计算机控制系统则负责数据处理和分析。

下面将对这些部分的结构和功能进行详细介绍。

2.1 源信号源信号是矢量网络分析仪的核心部分之一。

它主要通过向电路中输入不同频率和振幅的信号来测量电路的性能。

源信号通常由射频信号发生器（RF signal generator）或特定的示波器（oscilloscope）提供，其输出功率和波形必须具有高度稳定性和可控制性。

第五章矢量网络分析仪的原理5.1 引言微波矢量网络分析仪是对微波网络参数进行全面测量的一种装置。

其早期产品是阻抗图示仪，随着扫频信号源和取样混频器技术上的突破，微波网络分析仪得到了迅速发展。

但其出现初期一段相当长的时间内一直处于手动状态。

直到20世纪60年代，将计算机应用于测量技术，才出现了全自动的网络分析仪---自动网络分析仪。

自动矢量网络分析仪是一种多功能的测量装置，它既能测量反射参数和传输参数，也能自动转换为其他需要的参数；既能测量无源网络，也能测量有源网络；既能点频测量，也能扫频测量；既能手动也能自动；既能荧光屏显示也能保存数据或打印输出。

它是当前较为成熟而全面的一种微波网络参数测量仪器。

微波元器件性能的描述，一般采用散射参数，如双口网络有S11、S21、S12和S22四个参数，它们通常都是复量。

而网络分析仪正是直接测量这些参数的一种仪器，又能方便地转换为其它多种形式的特性参数。

因此网络分析仪大大扩展了微波测量的功能和提高了工作效率。

由于自动网络分析仪采用点频步进式“扫频”测量，因而能逐点修正误差，使扫频测量精确度达到甚至超过手动测量的水平。

因此，自动网络分析仪既能实现高速、宽频带测量，又能达到一般标准计量设备的精确度。

5.2 微波矢量网络分析仪组成与测量原理将微波标量网络分析仪的检波器和比值计改为幅相接收机便组成微波网络分析仪。

其测量原理如下。

5.2-1 幅相接收机框图幅相接收机的方案很多，有外差混频式，取样变频式，单边带式和调制副载波式等。

这里介绍取样变频式幅相接收机的基本原理。

幅相接收机的方框图示于图5.2-1。

由定向耦合器取样的入射波和反射波，分别送入幅相接收机的参考通道和测试通道。

经取样变频器向下变换到恒定不变的中频f IF(20.278MHz)，再经过第二混频器，变换到低频(278kHz)，得到待显示信号。

要求频率变换过程是线性的，即不能改变原来微波信号的相位信息和振幅信息。

矢量网络分析仪知识一、概述（一）用途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。

（二）分类与特点矢量网络分析仪可以分为分体式矢量网络分析仪、一体化矢量网络分析仪、高性能矢量网络分析仪、脉冲矢量网络分析仪、毫米波矢量网络分析仪、多端口矢量网络分析仪、非线性矢量网络分析仪、便携式矢量网络分析仪、矢量网络分析仪模块（目前只有VXI总线形式)等类型产品。

●分体式矢量网络分析仪特点采用积木式结构，以主机、信号源、S参数测试装置、控制机等独立设备系统集成，配置灵活，技术指标较高，系列化产品工作频段覆盖45MHz～170GHz，但体积庞大、连接复杂、对操作要求高，已逐渐被一体化、高性能矢量网络分析仪替代。

●一体化矢量网络分析仪特点采用集成式结构，将信号源、S参数测试装置、幅相接收机等集成在一个机箱内，体积小、测试方便，代表着矢量网络分析仪体系结构的发展方向。

早期的一体化矢量网络分析仪工作频率主要为20GHz以内，目前正向高性能的新一代产品线全面过渡。

●高性能矢量网络分析仪特点采用基于多处理器的嵌入式计算机平台、基于模块化的多级倍频稳幅和宽带混频接收架构以及基于Windows操作系统的多线程实时测量软件平台，操作方便，扩展灵活，技术指标较之以往产品有质的提升，工作频段覆盖300kHz～67GHz，突破基于平台式体系架构设计的自主产品发展理论，代表着矢量网络分析仪的主要发展方向。

●脉冲矢量网络分析仪特点以微波脉冲调制信号作为激励信号，在继承连续波矢量网络分析仪宽频带、高精度和高速测量特点的基础上，能够在实时测量状态下获得被测电子元器件和电子装备在脉冲调制激励信号状态下的幅频、相频和群时延特性信息，满足新体制军用电子装备的测试需求，目前可实现100ns脉冲窄带信号测量，工作频率上限可达40GHz。

矢网分析仪原理解析目录一、矢网分析仪概述 (2)1. 定义与功能介绍 (2)2. 常见应用场景 (4)3. 发展历程及现状 (5)二、矢网分析仪基本原理 (6)1. 信号传输与接收原理 (8)2. 信号分析与处理技术 (9)3. 矢量调制与解调原理 (10)三、矢网分析仪主要组成部分 (12)1. 信号输入与输出模块 (13)2. 信号处理与分析模块 (14)3. 控制与显示模块 (16)四、矢网分析仪工作流程解析 (17)1. 信号接收与处理流程 (18)2. 数据分析与处理流程 (19)3. 结果展示与输出流程 (20)五、矢网分析仪关键技术探讨 (21)1. 矢量校准技术 (22)2. 动态范围与灵敏度技术 (24)3. 实时分析处理技术 (25)六、矢网分析仪应用实例分析 (26)1. 通信系统测试应用实例 (27)2. 雷达系统测试应用实例 (28)3. 电子对抗应用实例 (30)七、矢网分析仪发展趋势与展望 (31)1. 技术发展趋势分析 (32)2. 市场发展与应用前景展望 (34)八、实验与操作指导 (35)1. 实验环境与设备介绍 (36)2. 实验操作流程介绍 (37)3. 实验数据处理与分析方法介绍 (38)九、常见问题与解决方案 (39)1. 常见故障类型及排查方法介绍 (39)2. 常见误差来源及校正方法介绍 (40)3. 用户操作注意事项及维护保养建议 (41)一、矢网分析仪概述矢网分析仪，又称为网络分析仪或微波网络分析仪，是一种用于测量和模拟复杂电磁波信号的强大工具。

它结合了频谱分析、网络分析和信号分析的功能，广泛应用于雷达、通信、电子对抗、航空航天等领域。

矢网分析仪的基本工作原理是通过发送和接收信号，测量信号的幅度、相位、频率等参数，以及信号在传输过程中的衰减、反射、传输损耗等特性。

通过对这些参数的分析，可以评估系统的性能，优化设计方案，提高系统的可靠性和稳定性。

矢量网分析仪的测量及电磁波仿真一、实验原理无线电波在自由空间的传播过程中不同传输媒质会对电磁波的传播产生影响。

由于大气对电波的吸收或散射引起的或电波绕过球形地面或障碍物的绕射引起而产生的传输损耗。

出现衰落现象分为快衰落（干涉型衰落）、慢衰落（吸收型衰落）。

产生传输失真由于媒质的色散效应和随机多径传输效应，从而导致幅度和相位上产生失真。

电磁波传播方向也会因为传输媒质的不同而发生改变。

天波传播通常是指自发射天线发出的电波在高空被电离层反射后到达接收点的传播方式。

关注折射。

地波是指沿地面传播的无线电波，垂直极化波较水平极化波衰减小。

这是因为水平极化波的电场与地面平行，导致地面的感生电流增大，故产生较大的衰减。

所以地波关注垂直极化波。

二、实验目的1、学会用矢量分析仪测量短路、开路、匹配条件下反射系数的模值。

2、理解极化的概念，会判断极化方式。

3、观察极化叠加而成的合成波，比较不同极化方式形成的合成波的不同。

4、了解驻波是怎样合成的。

5、探究传输媒质不同对于电磁波的影响。

‘三、实验内容及步骤1、矢网校准频率设置为500-1500MHZ ，频点设为500.①短路校准：点击屏幕右侧calibration type 中的SOLT （T/R ）选项，将短路电阻连接到接收系统矢量网络分析仪DUT 端口，点击右侧short 选项，等待一会儿，按钮变为紫色即为校准完成。

②开路校准：将开路电阻连接到接收系统矢量网络分析仪DUT 端口，点击右侧open 选项，等待一会儿，按钮变为紫色即为校准完成。

③匹配校准：将匹配电阻连接到接收系统矢量网络分析仪DUT 端口，点击右侧load 选项，等待一会儿，按钮变为紫色即为校准完成。

④通路校准：用一根SMA 线将DUT 和DET 连接，点击右侧Thru 选项，等待一会儿，按钮变为紫色即为校准完成。

所有校准完成按下apply 键可以开始测量。

2、矢网测量（1）连线：将矢量分析仪的DUT端口与开槽传输线的输入相连接，输出分别接短路，开路，匹配负载。

矢网分析仪原理目录1.一类独一无二的仪器2.网络分析仪的发展3.网络分析理论4.网络分析仪测量方法5.网络分析仪架构6.误差和不确定度7.校准8.工序要求9.一台仪器，多种应用10.其它资源:1. 一类独一无二的仪器网络分析仪是一类功能强大的仪器，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，尤其对测量射频(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用于更具体的应用，例如，信号完整性和材料测量。

随着NI PXIe - 5632的问世，用户可轻松地将网络分析仪应用于设计验证和生产线测试中，完全摆脱传统网络分析仪成本高、占地面积大的束缚。

2. 网络分析仪的发展矢量网络分析仪，比如图1所示的NI PXIe-5632可用于测量设备的幅度、相位和阻抗。

由于网络分析仪是一种封闭的激励-响应系统，因此可在测量RF特性时实现绝佳的精度。

而充分理解网络分析仪的基本原理对于最大限度地受益于网络分析仪至关重要。

图1.NI PXIe-5632矢量网络分析仪在过去的十年中，矢量网络分析仪由于其较低的成本和高效的制造技术受到越来越多业内人士的青睐，其风头已经盖过标量网络分析仪。

虽然网络分析理论已经存在了数十年，但是直到20世纪80年代初期第一台现代独立台式分析仪才诞生。

在此之前，网络分析仪身形庞大复杂，由众多仪器和外部器件组合而成，且功能有限。

NI PXIe-5632的推出标志着网络分析仪发展的又一个里程碑，它将矢量网络分析功能成功地添加到软件定义的灵活PXI模块化仪器平台。

通常我们需要大量的测量实践，才能精确地测量幅值和相位参数，避免重大错误。

在部分射频仪器中，由于测量的不确定性，小误差很可能会被忽略不计，而对于网络分析仪等精确的仪器，这些小误差却是不容忽视的。

3. 网络分析理论网络是一个高频率使用术语，具有很多种现代的定义。

就网络分析而言，网络指一组内部相互关联的电子元器件。

矢量网络分析仪根底知识及S参数测量§1 根本知识1.1 射频网络这里所指的网络是指一个盒子，不管大小如何，中间装的什么，我们并不一定知道，它只要是对外接有一个同轴连接器，我们就称其为单端口网络，它上面假设装有两个同轴连接器那么称为两端口网络。

注意：这儿的网络与计算机网络并不是一回事，计算机网络是比拟复杂的多端〔口〕网络，这儿主要是指各种各样简单的射频器件〔射频网络〕，而不是互连成网的网络。

1．单端口网络习惯上又叫负载ZL。

因为只有一个口，总是接在zui后又称终端负载。

zui常见的有负载、短路器等，复杂一点的有滑动负载、滑动短路器等。

单端口网络的电参数通常用阻抗或导纳表示，在射频范畴用反射系数Γ〔回损、驻波比、S11〕更方便些。

2．两端口网络 zui常见、zui简单的两端口网络就是一根两端装有连接器的射频电缆。

匹配特性两端口网络一端接精密负载〔标阻〕后，在另一端测得的反射系数，可用来表征匹配特性。

传输系数与插损对于一个两端口网络除匹配特性〔反射系数〕外, 还有一个传输特性，即经过网络与不经过网络的电压之比叫作传输系数T。

插损〔IL〕 = 20Log│T│dB ，一般为负值，但有时也不记负号，Φ即相移。

两端口的四个散射参量测量两端口网络的电参数，一般用上述的插损与回损已足，但对考究的场合会用到散射参量。

两端口网络的散射参量有4个，即S11、S21、S12、S22。

这里仅简单的〔但不严格〕带上一笔。

S11与网络输出端接上匹配负载后的输入反射系数Г相当。

注意：它是网络的失配，不是负载的失配。

负载不好测出的Γ，要经过修正才能得到S11 。

S21与网络输出端匹配时的电压和输入端电压比值相当，对于无源网络即传输系数T或插损，对放大器即增益。

上述两项是zui常用的。

S12即网络输出端对输入端的影响，对不可逆器件常称隔离度。

S22即由输出端向网络看的网络本身引入的反射系数。

中高档矢网可以交替或同时显示经过全端口校正的四个参数，普及型矢网不具备这种能力，只有插头重新连接才能测得4个参数，而且没有作全端口校正。