网络分析
掌握网络分析的基础知识，获取进阶 所需的专业技能
网络分析仪用于表征射频（RF）器件。尽管最初仅用于测量S参数，但随着技术发展，网络分析仪已高度集成化并进阶 保持对被测器件的领先优势。
我们将讲解网络分析的基础知识，包括如何使用网络分析仪，以及利用网络分析仪可进行的进阶 。
什么是网络分析仪？
网络分析仪用于表征射频（RF）器件。尽管最初仅用于测量S参数，但随着技术发展，网络分析仪已高度集成化并进阶 保持对被测器件的领先优势。
射频电路需要独特的测试方法。在高频下难以直接测量电压和电流，因此必须通过元件对射频信号的响应来表征其特性。网络分析仪通过向器件发送已知信号，并测量输入与输出信号之间的比值来实现这种特性表征。
早期网络分析仪仅能测量幅度。这类标量网络分析仪可测量回波损耗、增益、驻波比及其他基于幅度的参数。
如今，大多数网络分析仪都是矢量网络分析仪 既能测量幅度又能测量相位。矢量网络分析仪 功能极其强大的仪器 表征S参数、匹配复阻抗、进行时域测量等。
该测量的高级框图展示了信号从输入端经被测设备（DUT）传导至输出端的过程。通过设备输入端至输出端进行的测量称为正向测量。
网络分析仪的接收器测量入射信号、反射信号和传输信号，以计算前向S参数。
关键矢量网络分析仪规格
矢量网络分析仪 信号发生器也是接收器，因此具有大量必要规格参数。本节将介绍网络分析仪的一些关键规格参数。
最大频率
矢量网络分析仪的最大频率是指其能够测量的最高频率。网络分析仪接收器内置模数转换器（ADC），用于将输入信号转换为数字格式，以便后续分析和显示。由于ADC无法处理射频信号，因此入射信号必须下变频至ADC的工作频率。该工作频率称为中频（IF）。
动态范围
动态范围是指测量元件响应的功率范围。
该图展示了动态范围的两种不同定义方式。系统动态范围是用于仪器规格的数值。
- 系统动态范围表示仪器在不使用助推放大器且不考虑被测器件（DUT）增益情况下的能力。仪器的最大源功率是最大功率电平 Pref。
- 接收机动态范围是仪器在功率放大情况下的动态范围。与将源功率用作最大功率电平不同，此规格基于仪器接收机可测量的最大功率 Pmax。
下图左侧展示了一条带通滤波器S21测量的曲线，呈现了仪器的动态范围。其上限呈平坦状态，而下限则存在噪声干扰。让我们来探究决定这些边界形态的因素。
声源功率级别的上限与接收器的压缩点共同决定了动态范围的最大功率级别。
构成接收器的混频器和放大器只能处理有限的功率，超过该功率后就会饱和或达到最大输出。当设备处于饱和区域时，输入与输出之间不再存在线性关系。
放大器的饱和现象可从下图右侧观察到。当输入功率超过1瓦时，实际输出（红色曲线）便偏离理想输出（绿色曲线）。此现象称为压缩。接收器无法捕捉任何超过其压缩点的设备输出。这种输入功率限制构成了动态范围的上限。
输出功率
输出功率表示矢量网络分析仪的信号发生器和测试装置能够向被测设备（DUT）输送的功率大小。该参数以dBm为单位表示，并参照50欧姆阻抗值进行标定，以匹配大多数射频传输线的特性阻抗。
高输出功率有助于提高测量的信噪比，或确定被测设备的压缩极限。
许多有源器件（如放大器）需要进行具有挑战性的线性和非线性大功率测量，这些测量超出了网络分析仪的功率限制。
痕迹噪声
轨迹噪声是指由于系统中的随机噪声而叠加在被测设备响应上的噪声。它会使信号看起来不平滑甚至抖动。
通过提高测试功率、降低接收器带宽或进行平均处理，可减轻轨迹噪声的影响。
矢量网络分析仪校准
射频测量具有极高的灵敏度。测试线缆、连接器和夹具都会影响测量结果。您需要表征被测设备（DUT）本身，而非被测设备及其与网络分析仪连接的线缆。
默认情况下，网络分析仪将测试端口之外的所有部分视为被测设备（DUT）。这种设计意味着网络分析仪的参考平面位于测试端口处。参考平面之外的所有部分均包含在测量范围内。
这些图示说明了校准前后的参考平面。校准前，网络分析仪端口之外的所有部分（包括电缆和连接器）均被纳入测量范围。
校准后，基准面已发生位移，因此网络分析仪会对电缆和连接器进行修正，仅测量被测设备（DUT）。从宏观层面看，对电缆和连接器进行校准类似于为皮重进行秤的归零操作。
校准最常用的两种方法是直通/反射/线性（TRL）法和短路/开路/负载/直通（SOLT）法。这些方法通过不同组合的阻抗和传输测量，用于表征待校准的电缆和夹具特性。
这些校准技术涉及将具有已知特性的标准器连接到测量装置中，以替代被测设备。网络分析仪通过将测量结果与标准器的数值进行比较，可对电缆和连接器进行修正。
传统上，校准工作使用机械标准件完成。操作员需逐一连接各部件，再让仪器进行测量。完整的双端口校准需要七次机械连接。该过程耗时且易产生人为操作失误。
电子校准模块仅需单次连接即可电子化模拟不同类型的负载。电子校准操作迅速、结果可重复，并能减少连接器的磨损。
矢量网络分析仪 附件
要获得精确测量结果，您需要配备合适的矢量网络分析仪，以及用于连接仪器与被测设备的电缆和连接器。
矢量网络分析仪
矢量网络分析仪 从简单的S参数工具到高度集成的仪器 可替代整套机架设备。无论您身处现场、计量实验室还是生产线，总有一款网络分析仪能提供速度、性能与灵活性的完美组合。
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连接器
仪器与被测设备（DUT）之间的连接对可靠测量至关重要。由于射频测量极为敏感，务必仔细考虑连接器的规格参数。连接器主要由三项规格参数定义：特性阻抗、频率范围和质量。
特性阻抗和频率范围可通过连接器的导体尺寸进行近似估算。特性阻抗取决于内导体直径与外导体直径之比（图中分别为d和D）。为最大限度减少反射，必须使电缆和连接器的特性阻抗与被测设备（DUT）相匹配。
频率范围与外导体（D）的内径相关。同轴电缆的最大频率可通过以下公式近似计算：
最大频率（GHz）= 120/D（毫米）
例如，这意味着3.5毫米导体的最大频率约为120/3.5=34 GHz。您需要确保硬件能够处理所需测试的频率。超过30 GHz的毫米波频率需要采用更细导体的连接器和电缆。
在选购连接器时，您需要明确适合自身需求的质量等级。质量是衡量连接器制造精度的指标，分为三个等级：生产级、仪器级和计量级。
- 生产级：又称通用级，此类连接器适用于经济型应用场景，在连接数量有限且重复性要求较低的情况下可满足使用需求。
- 仪器级：仪器级连接器专为精密测试和测量设备设计，其主要考量因素是重复性和长寿命。
- 计量级：计量级最适用于要求最高性能和重复性的校准应用。这些精密连接器在连接器阻抗方面提供最高程度的确定性。
矢量网络分析仪附件
从频率扩展器到测试套件控制器，网络分析仪配件可将仪器转化为完整的解决方案。
硬件配件可助您：
- 表征介电材料
- 晶圆上器件测试
- 测量大功率放大器和混频器
等等。
使用矢量网络分析仪进行测量
矢量网络分析仪功能如此强大，若要为每种测量类型提供操作指南，恐怕需要单独建立一个网站。不过，让我们看看本文讨论的基本原理如何适用于所有测量。
步骤1：设置测量参数
矢量网络分析仪可执行各类测量，但通常需要设置某种扫描模式。扫描的主要参数包括起始频率、终止频率、功率以及中频带宽。
启动和停止频率
- 这些数值决定了频率扫描的边界
- 选择能充分体现设备行为的值
- 若已知测量中心位置，请设置中心频率和扫描范围。
力量
- 该值决定了发送至被测设备的测试信号的功率水平。
- 对无源器件使用最大源功率；例如滤波器
- 限制功率以避免在被测设备或矢量网络分析仪中对有源器件产生压缩效应
- 通过提高功率水平来改善信噪比
IF 带宽
- 选择能以可接受的速度提供所需分辨率的带宽。
- 采用较小的IF带宽可获得更高的测量分辨率；其代价是测量速度会变慢。
步骤2：校准
校准是基础 精确基础 ，但首先需要测试测量装置。
步骤：
- 连接您的设备并进行未校准测量。
- 调整频率范围和中频带宽，以确保捕获到所有需要观察的内容。
- 确认校准套件的连接器类型和性别与被测设备（DUT）相同。
- 将校准套件连接至您的设备以执行校准操作。
- 校准完成后，您即可重新连接设备。
- 若更改频率范围或中频带宽设置，请重新校准。
提示：使用扭力扳手进行连接操作，确保导体之间接触牢固且不损伤。仅旋转连接器上的螺母，避免使导体相互扭转。
步骤3：解读结果
矢量网络分析仪配备多种软件工具，可协助您分析测量数据，从3dB带宽标记到时域分析一应俱全。选择适合您测量的软件和功能，让分析工作变得轻松简单。
高度集成的网络分析仪（如PNA ）PNA 数十种软件应用程序，可应对诸如非线性及有源器件特性分析等复杂测量任务。
矢量网络分析仪的应用
矢量网络分析仪 功能极其仪器。以下是其部分应用示例。
频谱分析
将频谱分析功能集成到网络分析仪中，可通过加速杂散搜索、消除仪器切换需求以及利用单连接多测量（SCCM）功能，显著缩短测试时间。
脉冲测量
网络分析仪在标准操作中使用连续波（CW）信号。虽然这适用于许多应用场景，但在某些情况下脉冲射频信号更为理想，例如：
- 测试脉冲工作模式天线
- 晶圆上测量中，连续波信号的热效应需引起关注
- 时域反射法（TDR）
进阶 分析仪（如PNA 脉冲射频测量，适用于这些应用及其他更多场景。
活动设备测试
现代射频系统中充斥着放大器、混频器和频率转换器等有源器件。测试这类器件过去需要整套机架设备。如今，网络分析仪已足够精密，无需额外硬件即可完成有源器件特性分析。
使用网络分析仪替代传统射频测试系统，可将所有测量功能整合至单一仪器，从而大幅缩短测试时间。PNA 集成式网络分析仪PNA ：
- S参数
- 非线性参数（X参数）
- 增益压缩
- 互调失真（IMD）
- 马刺队
- 噪声系数
等等。
需要帮助或有疑问吗？