网络分析仪原理及其应用
网络分析仪详解
网络分析仪原理详解1 网络分析理论网络是一个被高频率使用的术语，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。
网络分析仪的功能之一就是量化两个射频元件间的阻抗不匹配，最大限度地提高功率效率和信号的完整性。
每当射频信号由一个元件进入另一个时，总会有一部分信号被反射，而另一部分被传输，类似于图所示。
这就好比光源发出的光射向某种光学器件，例如透镜。
其中，透镜就类似于一个电子网络。
根据透镜的属性，一部分光将反射回光源，而另一部分光被传输过去。
根据能量守恒定律，被反射的信号和传输信号的能量总和等于原信号或入射信号的能量。
在这个例子中，由于热量产生的损耗通常是微不足道的，所以忽略不计。
我们可以定义参数反射系数(G)，它是一个包含幅值和相位的矢量，代表被反射的光占总(入射)光的比例。
同样，定义传输系数(T)代表传输的光占入射光的矢量比。
下图示意了这两个参数。
通过反射系数和传输系数，我们就可以更深入地了解被测器件(DUT-device under test)的性能。
回顾光的类比，如果DUT是一面镜子，你会希望得到高反射系数。
如果DUT是一个镜头，你会希望得到高传输系数。
而太阳镜可能同时具有反射和透射特性。
通过反射系数和传输系数，你可以更深入地了解被测器件(DUT)的性能。
回顾光的类比，如果DUT是一面镜子，你会希望得到高反射系数。
如果DUT是一个镜头，你会希望得到高传输系数。
而太阳镜可能同时具有反射和透射特性。
电子网络的测量方式与测量光器件的方式类似。
网络分析仪产生一个正弦信号，通常是一个扫频信号。
DUT响应时，会传输并且反射入射信号。
传输和反射信号的强度通常随着入射信号的频率发生变化。
DUT对于入射信号的响应是DUT性能以及系统特性阻抗不连续性的表征。
例如，带通滤波器的带外具有很高的反射系数，带内则具有较高的传输系数。
如果DUT 略微偏离特性阻抗则会造成阻抗失配，产生额外的非期望响应信号。
网络分析仪工作原理及使用要点
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。
网络分析仪原理
网络分析仪原理
网络分析仪主要通过发送探测信号并测量信号的特征来分析和评估网络的性能和状态。
其原理可以分为以下几个方面：
1. 频谱分析原理：网络分析仪能分析信号在频域上的特性，通过将信号转换成频谱图并对其进行解读。
频谱图展示了信号中不同频率成分的能量分布情况，可以帮助判断信号存在的频率偏移、干扰等问题。
2. 时域分析原理：网络分析仪能分析信号在时间域上的特性，通过观察信号的波形和脉冲响应来判断信号的传输质量和故障情况。
时域分析可以检测信号的时延、失真、抖动等问题，有助于确定网络中的传输问题。
3. 调制解调原理：网络分析仪可以对不同的调制方式进行解调和分析。
通过解调信号，可以还原出原始信号并进行分析，帮助判断调制方式选择是否正确和信号传输是否完整。
4. 数据采样原理：网络分析仪通过对信号进行快速高精度的数据采样，获取信号的采样值，并将采样数据传输给计算机进行分析和显示。
数据采样精度和速度对准确定位和分析信号的特征至关重要。
5. 数据处理原理：网络分析仪对采样数据进行处理和分析，可以计算出一系列指标和参数，如频谱功率、频谱带宽、时延、串扰等，用于评估网络的性能和问题。
6. 数据显示原理：网络分析仪将分析处理后的数据通过显示器进行展示，以图形、数字等形式呈现给用户。
用户可以直观地观察数据并进行判断和分析，从而对网络进行优化和故障排除。
通过以上原理，网络分析仪可以帮助用户对网络的性能进行全面评估和分析，提供有力的技术支持和帮助。
向量网络分析仪的原理与应用
向量网络分析仪的原理与应用向量网络分析仪是一种可以对电路参数进行测量的专用电子仪器，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
它可以测量信号的幅度、相位、插入损耗、回波损耗等各种重要参数，在信号处理、系统优化等方面具有非常重要的作用。
本文将从向量网络分析仪的原理和应用两个方面进行探讨。
一、向量网络分析仪的原理向量网络分析仪是通过对电路中的信号进行反射和传输的测量，以确定电路的特性和参数。
它主要是利用微波技术的三种基本元件：定向耦合器、相移器和反射器。
在测量过程中，向量网络分析仪几乎可以实现无失真测量，保证了测量数据的精确性。
1. 定向耦合器的原理定向耦合器是将一部分信号从一个端口向另一个端口传递，并将另一个端口的反向信号从另一个端口向一个端口返回的装置。
它可以将一个场景中的能量确定地分成两个部分，一部分能量从一个端口进入，另一部分能量从第二个端口向一个端口返回，而且这两个部分可以在方向和幅度上确定。
定向耦合器的原理是根据耦合器内部设计的传输线和阻抗变化，使信号以一定的比例从一个端口传输并把另一个端口的反向信号反射回来，从而达到测量的目的。
2. 相移器的原理相位移器是一种能够改变微波信号相位的电路元件。
它通过改变传输线的长度或绕线数来改变传输线的电路长度，从而实现对信号的相位进行调节。
在向量网络分析仪中，相位移器常用于相量分析，即对于多个信号的相位关系进行测量和分析。
3. 反射器的原理反射器是将入射波全部或部分反射回来的装置，用于衡量电路中反射损耗等参数。
反射器的原理是将电流反射回来，利用反射后波和原来波的干涉来衡量相对相位差的大小。
通过对反射波和入射波的干涉分析，可以得到入射波和反射波之间的相位差和幅度比值。
二、向量网络分析仪的应用向量网络分析仪除了在电路测量中广泛应用外，还有很多其他的应用场景。
1. 无线通信向量网络分析仪在无线通信方面有着非常广泛的应用。
它可以帮助测试无线设备的输入输出电平、信道传输特性、增益损耗等参数，从而提高无线传输的效率和可靠性。
网络分析仪培训资料
网络分析仪培训资料在当今的电子通信领域，网络分析仪作为一种重要的测试测量仪器，发挥着不可或缺的作用。
无论是研发新型电子设备，还是对现有网络进行维护和优化，都离不开网络分析仪的精准测量和分析。
为了帮助大家更好地掌握网络分析仪的使用方法和技术，本文将对其进行详细的介绍和培训。
一、网络分析仪的基本原理网络分析仪是一种用于测量网络参数的仪器，它可以测量诸如反射系数、传输系数、阻抗、增益、相位等参数。
其基本原理是通过向被测网络施加激励信号，并测量响应信号，然后通过计算和分析得到网络的各种参数。
网络分析仪通常由信号源、接收机、测试装置和数据分析处理单元组成。
信号源产生特定频率和功率的测试信号，接收机用于测量被测网络的响应信号。
测试装置则将测试信号和响应信号进行适当的处理和转换，以便于数据分析处理单元进行计算和分析。
二、网络分析仪的类型根据不同的应用需求和测量精度，网络分析仪可以分为多种类型。
常见的有标量网络分析仪和矢量网络分析仪。
标量网络分析仪主要测量信号的幅度特性，如衰减和增益等。
它相对简单，价格较低，但无法提供相位信息。
矢量网络分析仪则不仅可以测量信号的幅度，还可以测量相位信息，能够更全面地描述被测网络的特性。
但矢量网络分析仪通常价格较高，操作也相对复杂。
此外，还有手持式网络分析仪和台式网络分析仪之分。
手持式网络分析仪便于携带，适用于现场测试；台式网络分析仪则精度更高，功能更强大，适用于实验室和研发环境。
三、网络分析仪的主要技术指标在选择和使用网络分析仪时，需要了解一些重要的技术指标，以确保其能够满足测量需求。
1、频率范围：网络分析仪能够测量的频率范围，这是根据具体的应用需求来选择的。
2、测量精度：包括幅度精度和相位精度，精度越高，测量结果越准确。
3、动态范围：表示网络分析仪能够测量的最大信号和最小信号之间的比值。
4、分辨率：指能够分辨的最小频率间隔和幅度变化。
四、网络分析仪的操作步骤1、连接设备首先，将网络分析仪与被测网络正确连接。
网络分析仪及其使用
网络分析仪（一）一、概述对工作在高频的电子电路特性的正确表征提出了某些独特的要求。
在高频上，工作波长变得可与电路元器件的实际尺寸相比拟，这便导致电路性能呈分布属性。
与其描述特定电路节点处的电压和电流，不如描述传输媒质中的电波如何对其路径上的元件作出相应更为适当。
网络分析仪是为精确和高效率地表征射频（RF）元件随频率变化的特性而发展起来的一类仪器。
网络分析仪是通过在所考察频率范围内的激励---响应测试来建立线性网络的传递和（或）阻抗特性的数据模型的过程。
在高于1MHz的频率上，集总元件实际上变成由基本元件加上寄生现象，如杂散电容、引线电感和未知吸收损耗组成的“电路”。
由于寄生现象取决于各个别器件及其结构，故它们几乎不可能被预示。
高于1GHz时，元件的几何尺寸可以与信号波长相比拟，从而增强了由于器件结构而引起的电路性能变化。
网络分析一般局限于确定线性网络。
因为线性条件的约束，受正弦波激励的网络产生正弦波输出，故正弦波测试是表征幅度和相位随频率变化的理想方法。
二、元件特性射频（频率低于3GHz）能量或微波（频率在3～30GHz范围）能量可以比作光波。
入射到被测件（DUT）上的能量或是被器件反射，或是通过器件传输（如下图）。
入射到被测件上的波的反射特性和传输特性通过测量两个新产生的波之间的幅度比和相位差，就可能确定器件的反射（阻抗）特性和传输（增益）特性1、反射和传输有许多用来描述这些特性的术语。
某些特性只利用幅度信息（标量）。
而另一些特性则包含幅度和相位两种信息（矢量）。
若器件上的入射波表示为V INCID，则V INCID与I INCID之比称为传输系统的特性阻抗Z0，端接传输系统的器件具有所谓负载阻抗Z L的输入阻抗，于是，几个重要的器件特性可以定义为：反射术语：=V REFLEC/V INCID=(Z L-Z0)/(Z L+Z0)式中为器件反射系数；V INCID为测试器件上的入射波；V REFLEC为测试器件上的反射波；Z0为传输媒质的特性阻抗；Z L为测试器件的阻抗。
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B R :被测件正向传输特性
信号源
提供被测件激励信号 具备频率和功率扫描功能 合成源实现
源功率控制
ALC
频率合成源
源功率控制部分= ALC: 小范围功率调整,功率扫描 + 衰减器: 大范围功率调整
源 衰减器
Range1 Range2 Range3 ….
ALC Driver
端口稳定点频输出:
INCIDENT (R) REFLECTED (A)
SIGNAL SEPARATION
TRANSMITTED (B)
RECEIVER / DETECTOR
Coupled signal
定向耦合器 电桥
PROCESSOR / DISPLAY
方向性 低插入损耗
Detector
Test Port
0 1dB
输入1dB压缩点
IF BW 3 kHz START 5dBm SWP 420 msec STOP 15 dBm
测试功率
测试频率
page 18
CW 902 MHz
器件的功率动态范围:
输出1dB压缩点
饱和工作电平
输出信号功率 (dBm)
1dB
压缩工作区
线性工作区 (slope = small-signal gain)
增益 (dB) = 20 Log
V V
Trans Inc
= 20 log
page 9
线性器件与非线性器件
A A * Sin 360 *f(t-t ) °
°
to Sin 360 *f*t ° A
Time
线性特性:
phase shift = to * 360 *f ° f 1 Frequency
输入信号与输出信号同频率 输出信号幅度和相位会发生变化
参考接收机 衰减器
网络分析仪组成
R2
A
B
•信号源 •信号分离装置 •接收机 •处理显示单元
测量接收机
Port 1
反射信号 (A) DUT
传输信号 (B)
Port 2
输入信号
输出信号
网络分析仪测试信号流程
输入源 LO 源
R 输入参考信号Aຫໍສະໝຸດ N*LO +/- IF
B
输出信号
反射
传输
RF
输入信号
A R :被测件输入端反射特性
平衡/非平衡转换
page 3
射频信号在器件中的传播
入射 透射
反射
Lightwave
RF/MW
page 4
网络分析仪测试要讨论的问题
器件性能的描述: 传输特性; 反射特性 器件传输特性/反射特性的指标定义 ? Gain, Phase, Group delay VSWR, , , Impedance
定向耦合器连接端点: 反射特性测试点
定向耦合器用于器件反射性能测试
(入射信号泄漏) (被测件反射方向)
(定向耦合器输入端)
Directivity 方向性
反映定向耦合器 分离两个相反传输 方向信号的能力.
定向耦合器
反射方向
0 DUT RL = 40 dB Device
被测件端口 输入方向
Direc tivity Dev ice
调谐接收机的特点
高灵敏度接收机 ENA 采用混频方式接收机 接收机噪声电平与其接收带宽有关 网络分析仪要求大测试动态范围 对被测件输出杂波/谐波有抑制作用 接收机带宽在测试动态范围和测试速度间 折衷
混频器前端
ADC / DSP
幅度+相位信息
300kHz
8.5 GHz
网络分析仪的测试动态范围
90
o
.
等反射系数圆
1.0 .8 .6 .4
+jX
半径: 反射大小 相角: 反射相位
0
o
+ 180 0
o
.2
0
+R
-90 o
-jX
电感区
等电抗圆 等电阻圆
Rectilinear impedance plane
=
Z L = Zo 0
Smith Chart 圆图上 一点位置反 映对应的阻抗(R+jx)和反射(模 和相位)
Error (dB, deg)
1
magn error
0.1
0.01
0.001 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -55 -60 -65 -70
Interfering signal (dB)
显示处理单元
Incident Transmitted
DUT
SOURCE Reflected
Frequency
w
tg
群时延抖动
Dw
Phase
D
aperture
to 平均时延
Group Delay (tg) =
-d dw
Frequency
=
-1 360 o
*
d df
w
in radians
in radians/sec in degrees
网络分析仪通过测试相/频特性得 到器件延迟性能
Zs = R + jX
R L / RS
ZL = Zs* = R - jX
RL = RS: 负载上最大功率传输
page 8
传输特性
V
输入
V
DUT
传输
传输系数 =
T
=
VTransmitted
VIncident
V V
Trans Inc
=
插入损耗 (dB) = - 20 Log
= - 20 log
输入信号功率 (dBm)
page 19
AM / PM 转换对系统的影响
Amplitude
输入功率对器件相位特性的影响
Power sweep
AM (dB)
Mag(AM in)
DUT
PM (deg)
Time
Test Stimulus
Amplitude
Q
AM (dB)
Mag(AM out)
AM - PM Conversion =
反射损耗 = -20 log(),
=
驻波比
Voltage Standing Wave Ratio
Emin
传输信号包络
Emax VSWR = Emin
=
1+
1-
全匹配 (ZL = Zo)
全反射
dB
1
0
RL VSWR
(ZL = 开路,短路 )
1 0 dB
page 6
史密斯圆图 (Smith Chart) 对阻抗和反射的描述
反射特性
传输特性
影响器件传输/反射特性的因素 ? 工作频率 信号功率
网络分析仪表显示结果
工作频率; 信号功率
page 5
反射特性的参数定义:
反射系数
(电压比值)
V反射 = V输入
=
F
Emax
=
ZL - ZO Z L + ZO
Z0 : 传输线特性阻抗
Z1 : 传输线终端负载
(功率比值)
接收机带宽:10Hz
接收机带宽 :70kHz
-100dB
接收机噪声电平小,网络 分析测试动态范围大
接收机噪声电平高，网络 分析测试动态范围小
网络分析仪测试动态范围和测试精度
网络分析仪测试精度与测试动态范围关系
Error Due to Interfering Signal
100
10
+
phase error
Agilent 系列 网络分析仪
page 1
网络分析仪
网络分析仪测试基本概念
网络分析仪 工作原理
误差和校准 ENA PNA
page 2
系统组成及器件功能
LNA SAW 滤波器 平衡/非平衡转换 天线 双功器 功分器 射频前端模块
混频器
LO LC 滤波器
TX IF LC滤波器 隔离器 耦合器 放大器 SAW 滤波器
小电阻区
大电阻区
Z L = 0 (短路点)
ZL =
(开路点) O =1 0
= 1
±180
O
电容区
Z=R+jx
page 7
反射特性的说明
RS RL / RS RL
对于复阻抗: 功率最大传输效率条件:
ZL = ZS* (共轭匹配)
1.2
Load Power (normalized)
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Mag(PMout) Mag(AMin)
(deg/dB)
PM (deg)
Mag(PM out)
I
Output Response
Time
AM to PM conversion can cause bit errors
page 20
网络分析仪
网络分析仪测试基本概念
网络分析仪 工作原理
误差和校准 ENA PNA
span=0Hz, max sweep time
ALC = 自动电平控制 (automatic level control)
ALC 检测
信号分离装置