矢量网络分析仪原理

网络分析仪组成框图

图1所示为网络分析仪内部组成框图。 为完成被测件传输/反射特性测试，网络分析仪包含；

1．激励信号源； 提供被测件激励输入信号
2．信号分离装置， 含功分器和定向耦合器件，分别提取被测试件输入和反射信号。
3．接收机； 对被测件的反射，传输，输入信号进行测试。
4．处理显示单元; 对测试结果进行处理和显示。

图1  网络分析仪组成框图

传输特性是被测件输出与输入激励的相对比值， 网络分析仪要完成该项测试，需分别得到被测件输入激励信号和输出信号信息。

网络分析仪内部信号源负责产生满足测试频率和功率要求的激励信号，信号源输出通过功分器均分为两路信号，一路直接进入R接收机，另一路通过开关输入到被测件相应测试口，所以，R 接收机测试得到被测输入信号信息。

被测件输出信号进入网络分析仪B接收机，所以，B接收机测试得到被测件输出信号信息。B/R为被测试件正向传输特性。当完成反向测试测试时，需要网络分析仪内部开关控制信号流程。

 图2  网络分析仪传输测试信号流程

反射特性是被测件反射与输入激励的相对比值， 网络分析仪要完成该项测试，需分别得到被测件输入激励信号和测试端口反射信号。

网络分析仪内部信号源负责产生满足测试频率和功率要求的激励信号，信号源输出通过功分器均分为两路信号，一路直接进入R接收机，另一路通过开关输入到被测件相应测试口，所以，R 接收机测试得到被测输入信号信息。

激励信号输入到被测件后会发射反射， 被测件端口反射信号与输入激励信号在相同物理路径上传播，定向耦合器负责把同个物理路径上相反方向传播的信号进行分离，提取反射信号信息，进入A接收机。

A/R 为被测试件端口反射特性。当需要测试另外端口反射特性时，需网络分析仪内部开关将激励信号转换到相应测试端口。

图3  网络分析仪反射测试信号流程

信号源

信号源提供被测件激励信号，由于网络分析仪要测试被测件传输/反射特性与工作频率和功率的关系。所以，网络分析仪内信号源需具备频率扫描和功率扫描功能。

为保证测试的频率精度，现在网络分析仪内信号源采用频率合成方法实现。当扫宽设置为零时，输出信号为点频CW信号。

网络分析控制其输出功率依靠ALC和衰减器两个部分完成。ALC保证输入信号功率的稳定和功率扫描控制，由于ALC控制范围有限，需衰减器完成大范围功率调

 图4  网络分析仪中的信号源

信号分离装置

网络分析仪内部功分器和定向耦合器分别完成对被测件输入信号和反射信号的提取。其中当要测试被测件某个端口反射特性时，必须将定向耦合器直接连接在该测试端口上。

这两部分统称为信号分离装置，这部分硬件也通常被测试为"测试座"，在一些特殊测试场合(大功率测试等)可不使用网络分析仪表一体化的内置测试座，而使用外置测试座设备。

图5  网络分析仪中的信号分离装置

电桥用于反射性能测试，电桥可覆盖很宽频率范围，电桥的主要缺点是对传输信号有较大损耗。因此对于给定的信号源功率。结果导致输入到被测件的功率损失。

定向耦合器负责分离反射测试中的激励信号和反射信号，这个功能也可由电桥完成，与定向耦合器相比，电桥可覆盖更宽的频率范围，单其对测试的传输信号有较大损耗。

定向耦合器是三端口器件；其三个端口为； 输入端，输出端和耦合端。

在反射测试中之所以需要定向耦合器，是利用定向耦合的定向传输特性。当把信号由定向耦合器输入端接入时，耦合端有耦合输出，此时称为正向传输，定向耦合器相当于不均分功率分配器。

在正向传输中，耦合器耦合输出与输入功率比值比定义为耦合度。

图6  定向耦合器正向传输特性

对于理想定向耦合器，当信号由耦合器输出端接入反向工作时，耦合端没有输出。这是因为输入功率被耦合器内部的负载和主臂终端外接负载所吸收，这就是定向耦合器的单向传输性。

实际定向耦合器反向工作时，耦合端会有泄露输出， 反向工作时耦合端输出与输入信号功率比定义为定向耦合器隔离度。

图7  定向耦合器反向传输特性

对定向耦合器测试的重要指标为其方向性(Directivity)，方向性为定向耦合器反向工作隔离度与正向工作耦合度差值。方向性指标反映耦合器分分离正反两个方向信号的能力。可以被视为反射测试的动态范围。

测量定向耦合器有一种简易方法，不需要正向和反向连接测试。当定向耦合器内部负载损耗功率相当小时，该方法得到的结果与真实值相近。

首先，在主臂输出端接一个短路负载，由于全反