矢量网络分析仪的原理及测试方法[专业知识]
矢网分析仪工作原理
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１ DUT 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。
矢量网络分析仪原理和使用方法课件
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矢量网分析原理和使用法
• 矢量网络分析仪工作原理 • 矢量网络分析仪使用方法 • 矢量网络分析仪应用实例 • 矢量网络分析仪常见问题及解决方
案 • 矢量网络分析仪未来发展趋势
01
矢量网络分析仪概述
定义与特点
定义 特点
矢量网络分析仪的用途
电子设备测试与调试
材料电磁特性测量
用于测试和调试电子设备的网络参数， 如放大器、滤波器、混频器等。
01
信号分离
02
信号分离方式
03
信号分离原理
矢量测量原理
矢量测量 矢量测量方式 矢量测量原理
03
矢量网络分析仪使用方法
开箱与安装
01
02
03
打开包装
安装
校准
操作界面与设置
界面介绍
设置参数
保存设置
数据采集与分析
数据采集 数据处理 结果解读
04
矢量网络分析仪应用实例
通信系统测试
通信系统测试 信号完整性分析 无线通信测试
详细描述
为了解决数据失真问题，需要对仪器进行定期校准和维护，确保仪器处于良好的 工作状态。同时，在测试过程中，可以采用一些补偿算法和技术来减小数据失真。
仪器校准问题
总结词 详细描述
06
矢量网络分析仪未来发展趋势
高频率测试技术
毫米波和太赫兹频段测试
随着通信技术的发展，毫米波和太赫兹频段的应用越来越广泛，对矢量网络分析仪的高频率测试技术提出了更高 的要求。
电子元件性能测试
元件参数测量
1
微波元件测试
2
可靠性分析
3
雷达系统测试
雷达散射特性测试
矢量网络分析仪
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。
矢量网络分析仪的原理及测试方法
矢量网络分析仪在通信测试中的应用
1 2
S参数测量
矢量网络分析仪可以测量散射参数（S参数）， 用于描述线性微波网络的反射和传输特性。
阻抗测量
通过测量S参数，可以进一步计算得到设备的阻 抗特性，包括输入阻抗、输出阻抗和特性阻抗等。
3
相位测量
矢量网络分析仪可以测量信号的相位信息，用于 分析信号的传播延迟和相位失真等。
PART 04
矢量网络分析仪在通信领 域的应用
通信系统中的传输线效应
传输线的分布参数特性
传输线具有电阻、电感、电容和电导等分布参数，这些参数会影响 信号的传输性能。
传输线的反射和传输
当信号在传输线上传播时，会遇到反射和传输两种现象，反射系数 和传输系数是描述这两种现象的重要参数。
传输线的阻抗匹配
连接测试设备
将矢量网络分析仪、测试电缆、连接器 等设备和配件按照测试要求连接好，确
保连接稳定可靠。
进行测试
启动矢量网络分析仪，按照设定的测 试参数进行测试，记录测试结果。
设置测试参数
根据测试目标和要求，设置矢量网络 分析仪的测试参数，如频率范围、扫 描点数、中频带宽等。
重复测试
根据需要，对同一测试对象进行多次 重复测试，以获得更准确的测试结果。
接收机对反射信号和传输信号进行幅 度和相位测量，并将测量结果送至处 理器。
DUT对入射信号进行反射和传输，反 射信号和传输信号分别被定向耦合器 接收并送至接收机。
处理器对测量结果进行数字信号处理， 提取幅度和相位信息，并根据需要进 行校准和误差修正，最终输出测试结 果。
关键性能指标解析
频率范围
矢量网络分析仪能够测量的频率范围， 通常覆盖多个频段，如微波、毫米波 等。
矢量网络分析仪的原理介绍
矢量网络分析仪的原理介绍矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer，简称VNA）是用于测量微波电路参数的一种测试仪器。
它可以同时测量幅度和相位，由此可以得到电路的S参数，进而确定电路的电学特性。
原理VNA的核心是一组相互独立的大功率信号源和敏感的接收器，它们分别通过大量的各向异性元件、耦合器以及各种整流器、差分与单端平衡器和放大器等等电路连接起来。
VNA中最基本的组件是频率控制单元，它使用一个可变频率信号源来生成一个宽频信号作为输入信号，并令它经过电路中的传输诸元、非线性元件、各种过渡网络等，从而获得电路的各种参数。
VNA的工作原理可以简单地分为以下几个步骤：1.VNA内置的信号源生成一个可变频率的信号，并将该信号通过耦合器输入待测电路中；2.信号在待测电路中进行传播，经过一些变化，并从待测电路中输出；3.输出信号再通过耦合器进入VNA中的接收器，接收器将输出的信号与输入的信号进行比较，以测量待测电路的各种参数；4.VNA将测量所得的各种参数进行处理，即可确定待测电路的S参数。
优点VNA具有以下几个优点：1.高精度和高灵敏度：VNA的测量精度通常可达到0.1 dB，接近于理论计算值，测试范围也非常宽；2.测量速度快：VNA的测量速度通常可以达到数毫秒，节省了大量的时间；3.大量的参数：VNA可以测量电路的各种参数，如S参数、Y参数、Z参数等等；4.多功能应用：VNA不仅可以测量微波电路，也可以用于其他领域如光学、无线通信等。
应用VNA的主要应用领域有以下几个：1.无线通信：VNA可以测量各种无线通信设备的电学特性，如天线、滤波器、变频器等等；2.微波电路设计和生产：VNA可以帮助设计人员快速准确地了解电路的性能，并帮助改进电路设计；3.光学：VNA可以用于测量光学器件的特性，并对光学器件进行性能评估；4.材料研究：VNA可以帮助研究人员了解各种特性材料的电学特性。
总结矢量网络分析仪是一种常用的微波测试仪器，它可以测量电路的各种参数，具有高精度和高灵敏度等优点，已经成为无线通信、微波电路设计和生产、光学、材料研究等领域必备的测试仪器。
矢量网络分析仪简单操作手册
矢量网络分析仪简单操作手册矢量网络分析仪是现代测试仪器的重要组成部分，它能够对电路、天线系统、微波元器件等进行频率域分析，并且能够有效地对电路进行仿真与优化。
但是对于初学者来说，操作起来可能会有些困难。
本文将为大家介绍矢量网络分析仪的简单操作手册，方便大家更好地掌握这一设备的使用方法。
一、矢量网络分析仪基本原理矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer，VNA）是用于测量高频电磁信号传输、反射、损耗等特性的测试仪器。
矢量网络分析仪将测试信号分为两路，一路称为正向信号，一路称为反向信号，通过正反两路信号的相位差和幅度差，可以准确地测量出样品在频率范围内的反射系数、传输系数、阻抗等参数。
矢量网络分析仪的工作频率通常在几千兆赫至数十吉赫之间，是一种高频仪器。
二、矢量网络分析仪的基本操作方法矢量网络分析仪的基本操作方法分为以下几步：1、打开电源：启动仪器时，需要首先打开电源开关，待仪器自检过程完成后，可以进入相关测试操作。
2、连接测试样品：将测试样品接入机器测试接口，最好选用高质量的测试线缆，并确保线缆的末端没有过长，以保证测试的精度。
3、设置测试参数：在进行测试前，需要设定相应的测试参数，例如频率范围、增益、测量模式、环境温度等，以便仪器能够对测试样品进行正确的测试。
4、执行测试：按下测试按钮开始测试，矢量网络分析仪会通过正反两路信号的相位差和幅度差计算出测试样品的反射系数、传输系数、阻抗等参数。
5、记录测试结果：测试完成后，需要记录测试结果，并根据测试结果进行分析及优化。
三、矢量网络分析仪的应用场景矢量网络分析仪广泛应用于电磁场测量、微波元器件测试、天线系统测试、电子设备测试、通信系统测试等领域。
在电路设计和测试中，矢量网络分析仪可以帮助工程师精确地分析、优化和改进电路性能，提高电路设计的可靠性和稳定性；在通信领域，矢量网络分析仪可以用于测试天线系统的性能，优化信号传输效果，提高通信的可靠性和稳定性。
矢量网络分析仪基础
ED
ES
ERT
ED = 方向性 ERT = 反射频响
ES = 源失配
S11A S11M = 测量值
S11A = 实际值
S11M = ED + ERT
S11A 1 - ES S11A
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校准：全双端口12项矢量误差校准
• 有全部12个误差修正项
正向误差模型
反向误差模型
Port 1
Port 2
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• 回波损耗
传输线理论：回波损耗
来自信号源的功率 = Pi
Pi
反射正比于阻抗匹配
回波损耗 RL = - 20Lg（ r ）反射系数按电压表示： G = Vr / Vi r = 1G1
阻抗 不匹配, 不是 50 Ohms
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传输线理论：反射参数
第13页/共58页
传输线理论：史密斯圆图
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线性和非线性：为什么测量群延迟？
• 相位波动相同但群延迟不同
相位
相位
群延迟
f
-dd f w
f
-dd f w
群延迟
f
f
第20页/共58页
线性和非线性：有无失真 – 网络是否线性的标准
• 饱和、临界、交调、以及其他非线性效应引起的信号失真 • 对系统的影响取绝于系统结构和失真类型和总量
=
+
频率
相位偏移 频率
/格
/格
O
1
O
45
相位
相位
第18页/共58页
线性和非线性：群延迟
• 群延迟波动表示相位失真
• 平均延迟是电子延迟
• 跨度对测量的影响非常重要
矢量网络分析仪基础知识及S参数测量
矢量网络分析仪基础知识及S参数测量矢量网络分析仪基础知识及S参数测量§1 基本知识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，它上面若装有两个同轴连接器则称为两端口网络。
注意：这儿的网络与计算机网络并不是一回事，计算机网络是比较复杂的多端（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。
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入射波 (Ein)
Ein
傳輸波 (Etr)
Eref
器件网絡电路
反射波 (Eref) Etr
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3
网絡分析仪原理
（Ex.：Network Analyzer with5Hz to 500MHz）
输入功能块 （×ｎ 通道）
处理器功能块
Sampler
820kHz B.P.F
20kHz L.P.F AMP
O
綫圈
O
电容器
O
O
傳輸綫 O
O
O
O
电纜綫 O
O
O
O
分配器 O
O
天綫
OOOO
磁头 O
O
O
放大器 O O O O O
OO
變压器 O
O
頻率轉換器
O
各種功能模块 O O O O O O O O O
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6
网絡分析仪原理
矢量网絡分析參數
傳輸 * 幅度響應 * 衰減／增益 * 相位響應 * 群延時 * 前向／反向傳輸
矢量网络分析仪的原理及测试方法
深圳市南方行联业合相关实业有限公司
1
什麼是网絡分析仪的分析對象?
通信
多媒体
Communication
Computer
Neo-Audio Visual
集成电路芯片
电子元器件
High-frequency device
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电池
2
网絡分析仪原理
器件网絡分析方法
通過每個工作頻點的掃描去測量信号傳輸和反射的幅度与相位變化量 值．
高頻器件
RF Filter
RF AMP
RF Filter IF Filter
RF AMP
VHF NA RF NA (R3765/R3767CG)
DEM
MAIN CPU
SPEAKER
DPX
Duplexer
RX SYNTHE
RX SYNTHE
RF Filter VCO
TCXO
VCO
VCO
DATA CONT.
S11M
ER
S11AER
S11M = ED + 1 – ES S11A
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12
2 端口全校正
* 定向性 * 信号源匹配 * 負載匹配 * 傳輸跟踪 * 補償反射跟踪 * 高精度校正2端口器件的所有 S 參數
- 需用 開路／短路／負載／直通 4種標准校正器具
反射特性： 在每個端口得到開路／短路／負載的較正數據．每個標准 器具應有与直通器相同的电子長度去消除电長誤差．
8
网絡分析仪原理
阻抗參數
Z= 1+r 1–r
Z : 被測件的复數阻抗 Zo : 特性阻抗
Z = R + jX
R = Rs
1
X = wLs = - wCs
1 = G + jB Y= Z
1 G = Rp
1 B = wLp = wCs
阻抗复數單位能用數學描述分成实部和虛部，或者幅度和相位兩部分，為了
簡化复數阻抗的解讀，我們採用了行實业相密关斯阻抗圓图來分解讀出．
网絡分析仪 做生產綫測試
工位測試
貭檢測試
高產量 低成本 高可靠性
頻率帶寬
网絡分析仪 做產品開發測試
高精度 高性能
進一步各種應用測試
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自動設备系統測試
•高頻夾具技術 •自動分選處理裝置
16
需小的曲綫 噪声作諧振 頻率測量
晶体諧振器測量應用
需低的噪声电 平做反諧振頻 率測量
RBW 优化測量
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17
反射 * 反射系數 * 阻抗 * 導納 * 电压駐波比 * 輸入／輸出反射
行业相关
7
网絡分析仪原理
S – 參數（散射矩陣）
a1
前向測量
b1 b *1
S
b2 b*2
反向測量
a2
被測器件
S11 S12 S=
b1 = S11 a1 + S12 a2
S21 S22
行业相关 b2 = S21 a1 + S22 a2
MEMORY
SUB CPU
LCD MODULE
KEY BOARD
PA
Power Amp RF Filter
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MOD CODE
Microphone
15
网絡分析仪做元器件測試的系統配置
測試方案
VHF band
Semi-microwave
band
Microwave band
Mili-wave band
10
网絡分析仪原理
數據較准
僅做頻率跟踪誤差較正
做幅度方面的頻率特性較正．執行過程簡單，但由於多路反射的原因， 選擇 2 端口全校正能做到更准確的測量．
＊傳輸測量 當移去被測件后，使用一個直通標准器去校正頻率特 性誤差包括連接綫和連接器．
＊反射測量 －開路或短路標准器具必須被選用． －當使用開路標准器時，執行 NORMALIZE (THRU)功能． －當使用短路標准器時，執行 NORMALIZE (SHORT)功能．
* 隔離器
* 負載，終端器
* 环路器
* 电纜綫
* 功分器
* 振蕩器
* 耦合器
* 綫圈，电容
* 延迟綫
* 天綫
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5
网絡分析仪原理
被測器件應用 vs 測量功能
幅度特性 相位特性 延時特性 电平特性 回波損耗 駐波比 阻抗圓圖 极坐标圖 正交阻抗
濾波器 O O O
OOOO
諧振器 O O
OO
O
O
延迟綫 O
9
网絡分析仪原理
誤差
系統誤差
(具有重复性的) * 信号源匹配
－由於信号源,电橋,耦合器,功分器 * 負載匹配
－由於被測件 * 頻率響應
－連接綫損耗,电橋 * 定向性
－駐波比电橋
潛伏的誤差
* 相對於溫度 / 時間的漂移 * 信号源 / 接收器的內部噪声 * 連接器的重复性
通過仪器的校正過程能最大的行減业小相系关 統誤差的不確定度.
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11
１端口全校正
做反射測量時的定向性，信号源匹配和頻率跟踪的誤差校正． 用於１端口器件或帶有終端器的２端口器件的精度反射測量． 需用三種標准校正器具，開路器，短路器和負載器． 測量端口： 當連接開路，短路和負載器時在每個端口獲得校正數據．
RF IN
1
ED
Es S11A
ED: 定向性 ES: 信号源匹配 ER: 頻率跟踪 S11M: 測量數據 (在校正前) S11A: 真正數據
傳輸特性： 用直通標准器連接並做直通短路校正．
行业相关
13
Advantest 网絡分析仪的應用範圍
應用 元器件
通信
車用电子
IT 設备
VHA N/A RF NA
游戲机
TV/DVD
晶体諧振器 晶体濾波器 陶瓷振盪器
陶瓷濾波器
SAW 濾波器
介貭濾波器
行业相关
14
蜂巢式手机的电路框图与使用的主要元器件
ANT
DSP A/D CPU
Display
820k～ 500.82MHz
800kHz
812.621MHz
812.62～
811.8MHz
1312.62MHz
X’TAL
输出功能块
ATT
ATT
5～500MHz
行业相关
4
网絡分析仪原理
器件測量應用範圍
* 濾波器
(晶体／电感电容／陶瓷／介貭／声表面波)
* 双工器
* 放大器