矢量网络分析仪基础【精选】
矢量网络分析仪学习
矢量网络分析仪学习矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer，VNA）是一种用来测量网络参数的仪器，主要用于研究和设计微波和射频电路。
它能够精确测量反射系数、传输系数、相位和群延时等参数，为电路设计和信号分析提供重要的工具。
本文将对矢量网络分析仪的原理、应用和使用方法进行详细介绍。
一、矢量网络分析仪的原理矢量网络分析仪的信号源产生高度稳定的射频信号，并通过测试通道将信号发送给被测设备。
测试通道通常由方向耦合器和同轴、微带线等传输线组成，用于控制和分配信号。
接收器接收来自被测设备的反射和透射信号，并将其转换为电压或功率信号。
计算机对接收到的信号进行处理和分析，通过数学算法计算出被测试设备的网络参数。
二、矢量网络分析仪的应用1.网络分析：矢量网络分析仪可以测量和分析被测试设备的频率响应、增益和相位等参数，帮助工程师设计和优化电路。
2.频率响应测试：矢量网络分析仪可以测量被测设备在特定频率范围内的频率响应，帮助工程师分析和解决信号衰减、失真和干扰等问题。
3.滤波器设计：矢量网络分析仪可以通过测量和分析滤波器的传输系数和反射系数，帮助工程师设计和调整滤波器的性能。
4.天线测试：矢量网络分析仪可以测量天线的增益、驻波比和波束宽度等参数，帮助工程师优化天线设计和性能。
5.信号分析：矢量网络分析仪可以测量和分析信号的相位、群延时和频率特性，帮助工程师了解信号的传播和失真情况。
三、矢量网络分析仪的使用方法1.设备连接：将测试端口与被测试设备连接，并确保连接可靠和稳定。
2.仪器校准：在进行测量之前，需要对矢量网络分析仪进行校准。
常见的校准方法包括开路校准、短路校准和负载校准等。
校准操作将确定参考平面和参考电阻等参数，确保测量的准确性。
3.参数设置：根据具体需求，设置待测设备的频率范围、功率级别和测量模式等参数。
4.数据采集：通过控制软件或前面板操作，启动测量并收集数据。
矢量网络分析仪将发送射频信号，并接收被测设备的反射和透射信号。
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。
s参数定义、矢量网络分析仪基础知识和s参数测量义讲全套
S 参数定义、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Z L 。
因为只有一个口，总是接在最后又称终端负载。
最常见的有负载、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、S 11）更方便些。
2．两端口网络 最常见、最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S 11、S 21、S 12、S 22。
V2S参数的基本定义：S11：端口2匹配时，端口1的反射系数Г及输入驻波，描述器件输入端的匹配情况，S11=a2/a1;也可用输入回波损耗RL=-2Olg(ρ)（能量方面的反应）表示。
S22：端口1匹配时，端口2输出驻波，描述器件输出端的匹配情况，S22=b2/b1。
S21：增益或插损，描述信号经过器件后被放大的倍数或者衰减量。
S21=b1/a1. 对于无源网络即传输系数T或插损，对放大器即增益。
S12：反向隔离度，描述器件输出端的信号对输入端的影响，S12=a2/b2。
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。
(完整版)矢量网络分析仪
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。
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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饱和 噪声底
输入功率
线性和非线性： 1dB 压缩点测试方法
• 频率扫描增益压缩测量 • 功率扫描增益压缩测量
– 单频率点 – 多频率点 • 增益压缩测量精度讨论：
– 功率测量是绝对测量，不是相对测量 – 没有进行矢量校准 – 源和负载匹配误差没有校准
结论：必须用功率计校准VNA
25
线性和非线性： AM/PM 测量
来自激励源的电压 = Vi
低频
阻抗 不匹配, 不是 50 Ohms
中频
高频
Emax Emin
反射信号电压 = Vr
最大电压值和最小电压值之比 VSWR = Emax/Emin = (1 + r)/(1 - r)
12
反射系数： G= Vr / Vi; r = 1G1
传输线理论：回波损耗
• 回波损耗
来自信号源的功率 = Pi
矢量网络分析仪基础
内容
S参数网络 传输线理论 线形和非线性 网络分析仪的内部结构 校准 时域
2
S 参数网络
引言 2端口S参数网络简介 反射和传输
3
S 参数网络：引言
• 网络分析 – 网络不是计算机网络，指的是电子器件拓扑网络 – 矢量不是数字调制中的矢量(I/Q)，是指信号具有幅度和相位 – 矢量网络分析仪多半是用来进行器件测量
– 微带线 • 微带 • 共面
– 波导
10
传输线理论：传输线
• 理想的传输线(终端连接 Zo)
Zs = Zo
Zo = 传输线的特性阻抗
ZL = Zo
Vinc Vref = 0!
(所有入射功率都被负载吸收)
传输线终端连接负载，无反射信号，相当于无限长的传输线。
11
传输线理论：驻波比
• VSWR
• 反射系数和阻抗的计算 G = (ZL-Zo) / (ZL + Zo)
f1
频率
f1
17
时间 频率
线性和非线性：线性网络 – 无失真传输
幅度不变 在指定的带宽内
相位不变 在指定的带宽内
频率
幅度 相位
频率 18
线性和非线性：电子延迟
• 使用电子延迟 (参考面延长)去除线性相位延迟
– 示例：信号经过滤波器后的相位变化
相位响应 频率
加入电子延迟长度
=
+
频率
相位偏移 频率
/格
• AM/PM 测量
– 功率扫描测量下的 一种测量
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
13
阻抗 不匹配, 不是 50 Ohms
传输线理论：反射参数
14
传输线理论：史密斯圆图
+jX
0
+R
.
极坐标圆图
90 o
+- 180o
1.0
.8
.6
.4
.2
0o
-jX
– 增益压缩点
• AM/PM
– 谐波 – 交调产物和截点
23
线性和非线性：非线性描述－什么是增益压缩?
• 放大器的增益为有限的 • 在某些点，放大器成为非线性 • 通常P1 dB作为放大器的增益压缩点
输出功率 P1 dB
DR
= 1 dB
理想放大器 实际放大器
Class AB Class A
24
4
S 参数网络：二端口网络
入射能量
R
反射能量
A
反射
反射能量
A
入射能量 = R
DUT
传输能量
B
传输
传输能量 入射能量
B =
R
SWR
S-参数 S11, S22
反射 系数t
G, r
回波 损耗
阻抗 感抗
R+jX, G+jB
增益 / 损耗 S-参数
S21, S12
5
传输 系数 T,t
群延迟
插入 相位
S 参数网络：二端口网络S参数
7
S 参数网络：二端口网络S参数– 反射
• 回波损耗 (dB) • SWR • 阻抗 (R + j X) • 反射系数 • 距离(时域）(傅里叶变换)
8
内容
S参数网络 传输线理论 线形和非线性 网络分析仪的内部结构 校准 时域
9
传输线理论：传输线类型
– 电缆 • 同轴电缆 • 双绞线
线性和非线性
线性表现：
输入和输出信号相同 输出频率只在幅度和相位变化
非线性表现：
输出信号发生畸变 输出信号有附加信号
A * Sin 360o * f (t - to) A
Sin 360o * f * t 时间
输入
DUT
to
时间
A 相位偏移 = to * 360o * f
f 1
频率
输出
/格
O
1
O
45
相位
相位
19
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 – 跨度对量的影响非常重要
• 跨度越窄，分辨率越小，但曲线噪声越大 • 跨度越宽，分辨率越差，但曲线噪声很小
相位 P DP
频率 F t g
DF 跨度
to
群延迟波动
频率 20
线性和非线性：为什么测量群延迟？
R o u te r B rid g e R e p e a te r H u b
Y o u rIE E E 8 0 2 .3 X .2 5 IS D N s w itc h e d -p a c k e td a ta s tre a m isru n n in g a t1 4 7 M B P S w ith a B E R o f1 .5 2 3 X 1 0 -9...
• 相位波动相同但群延迟不同
相位
相位
群延迟
f
-d f dw
f
-d f dw
群延迟
f
f
21
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
时间 频率
时间
频率
22
线性和非线性：非线性描述
• 常见的VNA非线性测量：
阻抗平面图
0
史密斯圆图 为阻抗平面图画在
极坐标圆图上
Z L = Zo
G= 0
Z L=
0
(短路) ±18
G= 1 0 O
-90 o
常熟 X 常熟 R
ZL = (开路)
G = 1 0O
史密斯圆图
15
内容
S参数网络 传输线理论 线形和非线性 网络分析仪的内部结构 校准 时域
16
S21 正向传输
Port 1
a1 S11 正向反射
b1
DUT
Port 2
b2 S22 反向反射 a2
S12 反向传输
b1 =S11 x a1 + S12 x a2
b2 =S22 x a2 + S21 x a1
6
S 参数网络：二端口网络S参数–传输
• 增益 (dB 或 V) • 插入损耗 (dB 或 V) • 插入相位 (度) • 实部和虚部(R+jI) • 电长度 (m) • 电延迟 (s) • 线性相位的偏移 (度) • 群延迟 (s)