日图课堂|典型的VNA测量

 典型的VNA 测量

VNA 执行两类测量：传输测量和反射测量( 图13)。传输测量把VNA 的激励信号传送通过DUT，然后在另一侧由VNA 接收机测量信号。zui常见的传输S 参数测量是S21 和S12 ( 对2 端口以上为Sxy)。扫描功率测量是传输测量的一种形式，传输测量的部分其他实例有增益、插入损耗/ 相位、电气长度/ 延迟和群延迟。相比之下，反射测量中测量的是DUT 上入射的VNA激励信号部分，而不是传送通过DUT 的信号部分。反射测量则测量的是由于反射而返回到源端的信号。zui常见的反射S 参数测量是S11 和S22 ( 对2 端口以上为Sxx)。扫频测量扫频测量特别实用，因为它在用户规定的一套频率和步进点上扫描内部源。可以进行各种测量，包括S 参数、各个入射波和反射波( 如a1, b2)、幅度、相位等。图14 是无源滤波器的扫频传输测量实例。这类滤波器测量显示了在传过元件时信号发生的情况。S21 测量指

明其6 dB 响应确定的通带带宽性能，另外显示了相对于60 dB 下降指标的带阻性能。然后可以把实测结果与滤波器设计目标进行对比，或者从系统设计人员角度与滤波器制造商的指标进行对比。

图13. VNA 执行传输测量和反射测量。

图14. 无源滤波器扫频传输测量实例。

扫频测量还可以测量DUT 上入射的激励信号的反射，但是反射是相对于通过DUT 传输而言的。这些S11 (或Sxx) 测量允许用户检查DUT 的性能，并与技术数据进行对比，比如DUT 可以是天线、滤波器或双工器。图15 是天线回波损耗测量实例。注意在天线传输频带中，大多数信号被传输了，因此在反射测量结果中能看见有一个零。

图15. 天线的扫频反射测量实例。

时域测量

某些VNA 能够使用反向傅立叶变换，把扫频测量转换到时域中。通过这种方式，时域显示在时域中，可以使用VNA 检测信号传过DUT 时的阻抗不匹配或断点位置，找到电缆和连接中的问题。对时域测量，分辨两个信号的能力与测量的频宽成反比。因此，频宽越宽，VNA 分辨相距很小的两个断点的能力越强。zui大频宽由用户设置，可以用VNA 的频率范围或DUT 的实际带宽确定。频域中收集的数据并不是连续的，而是数量有限的离散频率点。这会导致时域数据在频率采样间隔的倒数之后重复。这种信号称为假信号。必需正确设置频率采样间隔，以准确测量要求的距离，在假信号发生前评估DUT 的性能。图16 使用VNA 测量了带有多个转接头的电缆。这可能是从基站子系统敷设到天线的一条基站电缆。时域测量确定到不同转接头的物理距离或电缆中的潜在断点，帮助定位问题区域或故障。

图16. VNA 以数学方式把扫频测量转换到时域。可以使用这一测量来定位线路中的阻抗不匹配或问题。

扫描频率测量

VNA 还可以扫描激励信号的输出功率，而不是扫描频率。对这些测量，频率保持不变，输出功率会在规定的功率范围内逐渐递增。这是放大器常用的测量，先从低功率开始，然后以几分之一dB 的步进逐渐提高功率。在放大器的线性区域，在输入功率提高时，输出功率会成比例提高。放大器输出偏离线性预期1dB 的点称为1 dB 压缩点( 图17)。在放大器达到压缩点时，其不再能像以前那样提高输出功率。对要求放大器线性性能的应用，这一测量有助于确定该指标。

图17. 通常在放大器上进行功率扫描测量。

测试多端口元件

当前许多元件都有两个以上的端口( 图18)。它们可能有一个输入和多个输出，或反之。比较复杂的元件可能有多个输入和多个输出。如果端口之间的相互影响不是问题，那么仍可以使用一系列2 端口测量测试其中部分元件。在需要测量多个端口之间的相互影响时，你可能要使用多端口VNA。真正的多端口测量将测量N2 个S 参数，要求拥有N 个端口的VNA，其中N 等于DUT 的端口数。S 参数并不只是S11、S21、S12 和S22，还包括S41

或S43 或S10 11。真正的多端口VNA 可能会为每个端口提供一个激励信号。多端口误差校正会消除测量的系统误差，但要求复杂的校准过程，其中必须把校准标准连接到所有可能的端口组合上。

图18. 当前许多元件有两个以上的端口。

小结

现在，我们很容易理解为什么VNA 帮助许多现代技术成为可能。通过为被测器件或DUT 提供已知的激励信号，并使用多台接收机测量响应，VNA 形成了一个闭环，可以非常准确地测量元件的电气幅度和相位响应。由于其*的用户校准功能，VNA 是市场上zui的RF 测试仪器之一。通过减少电缆、转接头和其他测试辅助装置的影响，它可以审慎地隔离DUT

性能。VNA 可以测试元件指标，检验设计仿真。由于这种准确的表征能力，系统工程师可以研究电路或系统级设计，从设计阶段到制造阶段，确保一切满足预期。