頻譜分析儀對射頻工程師來說并不陌生,它是進行頻域分析時最基本的測試儀器,主要的功能是分析在頻域里輸入信號的頻譜特性。那么,什么是網(wǎng)絡(luò)分析儀呢?
網(wǎng)絡(luò)分析儀也是射頻領(lǐng)域的常用儀器,卻因為昂貴的價格和設(shè)計的復(fù)雜被較少的人熟悉。今天我們就來揭開面紗——RIGOL RSA頻譜儀的矢量網(wǎng)絡(luò)分析模式,為您提供最具性價比的矢量網(wǎng)絡(luò)分析解決方案,解決您的諸多測量問題!
圖1:RIGOLRSA系列帶VNA功能的頻譜儀
1、什么是“矢量網(wǎng)絡(luò)分析”?
“網(wǎng)絡(luò)分析儀(Network Analyzer)”這一名字被提出的時候還沒有計算機網(wǎng)絡(luò),所以網(wǎng)絡(luò)分析儀所指的網(wǎng)絡(luò)并非現(xiàn)在流行的計算機網(wǎng)絡(luò),而是指一組內(nèi)部相互關(guān)聯(lián)的電子元器件。網(wǎng)絡(luò)分析儀的功能之一就是:量化兩個射頻元件間的阻抗不匹配,最大限度地提高功率效率和信號的完整性。每當射頻信號由一個元件進入另一個元件時,總會有一部分信號被反射,另一部分被傳輸。通過定義反射系數(shù)和傳輸系數(shù),我們可以更深入地了解被測器件(DUT)的性能。
網(wǎng)絡(luò)分析儀能對被測量器件的線性和非線性特性進行表征,如放大器、混頻器、濾波器、衰減器等。網(wǎng)絡(luò)分析儀對被測器件端口的輸入特性以及從一個端口到其它端口的轉(zhuǎn)移特性進行測量的能力,為設(shè)計人員在對大型系統(tǒng)配置元器件時提供充分的依據(jù)。
圖2:VNA功能測量界面
網(wǎng)絡(luò)分析儀分為標量網(wǎng)絡(luò)分析儀(Scalar Network Analyzer)和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(Vector Network Analyzer, VNA) 兩種。標量網(wǎng)絡(luò)分析儀只測量兩個波量的幅度差;矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀既能測量各波量的幅度,又能測量各波量的相位;矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀還具有以下優(yōu)勢:
可以進行全系統(tǒng)誤差校正,以最大可能的精確度補償測試儀器的系統(tǒng)測量誤差;
矢量測量數(shù)據(jù)可以準確地變換到時域,提供更多進一步處理數(shù)據(jù)的途徑
2、RSA矢量網(wǎng)絡(luò)分析模式的基本原理
傳統(tǒng)的頻譜分析儀和跟蹤源配合,只能進行標量網(wǎng)絡(luò)分析,測量S參數(shù)的幅度部分。RIGOL RSA系列頻譜儀采用內(nèi)部VSWR橋的獨特設(shè)計,配置內(nèi)置跟蹤源,可以同時掃描幅度和相位,實現(xiàn)單端口的矢量網(wǎng)絡(luò)分析(VNA)功能。通過此設(shè)計,RSA頻譜儀的VNA模式可以實現(xiàn)對元器件、電路網(wǎng)絡(luò)的S11、S21以及故障點定位的測量,通過史密斯圓圖、極坐標等多種顯示更精確地表征被測件的網(wǎng)絡(luò)特性。
圖3:VNA基本原理示意圖
VNA可以在設(shè)定頻段范圍內(nèi)進行測量,確定測量網(wǎng)絡(luò)的微波特性,并以掃頻方式給出各散射參數(shù)的幅度、相位頻率特性。同時,VNA能對測量結(jié)果逐點進行誤差修正,并換算出其他多種網(wǎng)絡(luò)參數(shù),如反射系數(shù)、電壓駐波比、阻抗(或?qū)Ъ{)、衰減(或增益)、相移和群時延等信息。
3、RSA矢量網(wǎng)絡(luò)分析模式的功能和應(yīng)用
RSA系列頻譜分析儀的VNA功能,提供了多種測量方式,如S11、S21、DTF(Distance toFault);對于每次測量,都可以選擇多種顯示類型,以不同的角度呈現(xiàn)測量結(jié)果,如史密斯圓圖、極坐標、回波損耗、SWR、群時延等。
反射測量S11
S11可以用于針對電子元器件(如濾波器)或電路網(wǎng)絡(luò)(如天線)的阻抗匹配調(diào)試。阻抗匹配是射頻電路系統(tǒng)中重要的指標,用于調(diào)整傳輸帶寬和平衡功率傳輸 。輸入端阻抗匹配時,傳輸線獲得最大功率;在輸出端阻抗匹配的情況下,傳輸線上只有向終端行進的電壓波和電流波,攜帶的能量全部為負載所吸收。因而,對電路系統(tǒng)進行S11測試,是非常重要的測試手段。
圖4:S11測試界面
圖5:S11測量結(jié)果