向量网络（向量网络）的组成和原理简介

I. 概述

矢量网络是一种常见的射频测量仪器，主要用于测量高频设备，电路和系统的性能参数，例如线性参数，非线性参数，变频参数等.

1.1分类

矢量网络通常按频率进行划分，截止频率越高，价格越昂贵；

根据测试端口的数量，可以分为: 双端口，3端口，4端口，6端口；

常见的制造商是: 美国的安捷伦，德国的罗德和施瓦茨（R＆S），以及中国的南京浦那和CLP 41.

1.2常用功能

常用的测试设备有: 功率分配器，组合器，滤波器，衰减器，天线，电缆，放大器，混频器，双工器利用矢量网络和频谱测量混频器，耦合器，隔离器，环行器，适配器，波导，差分设备等.

常用的测试功能有: 驻波比，回波损耗，插入损耗，平坦度，带外抑制，衰减，增益，隔离度，特征阻抗，输入和输出阻抗，相位，延迟，1dB压缩点，噪声系数，差分参数，共模参数，共模抑制比

CMRR等

第二，矢量网络的组成和工作原理

上图显示了典型的两端口矢量网络的内部框图. 网络包含以下四个部分:

1利用矢量网络和频谱测量混频器，信号源: 提供被测设备的激励输入信号；

2. 信号分离装置: 包括功率分配器和定向耦合装置，分别完成被测器件的输入和反射信号提取；

3. : （R1，R2，A，B）测试，比较和分析被测设备的反射，传输和输入信号；

4. 处理和显示单元: 完成处理并显示测试结果.

2.1信号源

信号源提供被测设备的激励信号. 因为网络测试了被测设备的传输和反射特性与工作频率和功率之间的关系. 因此，网络中的信号源需要具有频率扫描和功率扫描功能.

被测设备通过透射和反射对激发波做出响应. 可以通过扫描信号源的频率来获得被测设备的频率响应. 由于测试结构需要考虑许多不同信号源参数对系统的影响，因此通常使用合成扫频信号源.

当扫描频率范围设置为零（Span = 0Hz）时，网络的输出信号为点频CW信号.

网络的输出功率控制取决于ALC（自动电平控制）和衰减器. ALC保证输入信号功率和功率扫描控制的稳定性. 由于有限的ALC控制范围，需要衰减. 该设备可提供广泛的功率.

2.2信号分离装置

网络的内部功率分配器和定向耦合器分别完成对被测设备的输入信号和反射信号的提取. 这两个部分统称为信号分离装置. 硬件的这一部分通常也作为“测试插座”进行测试. 在某些特殊的测试场合（大功率测试等），可以使用与网络器集成的内置测试插座来代替外部测试. 座椅设备.

网络的内部功率分配器将信号源的输出功率分配给两个参考R1，R2和输入信号作为两个端口. 定向耦合器直接连接到测试端口，用于提取反射信号并测量反射特性.

定向耦合器的方向性（Directivity），用于反映定向耦合器分离具有相反传输方向的两个信号的能力.

方向性的计算如下式所示.

方向性（dB）=隔离度（dB）-耦合系数（dB）-衰减（dB）

2.3

接收机完成对参考信号，反射信号和发射信号的幅度和相位参数的测试和分析.

接收机性能会影响网络的测试精度，动态范围和测试速度. 为了具有良好的测试灵敏度和动态范围，使用调谐还可以抑制谐波和杂散信号.

上图显示了调谐接收机的工作原理. 调谐的接收机使用本地振荡器信号（LO）来混合射频信号以获得相对低频的中频信号（IF）. 在对IF信号进行带通滤波之后，可以缩小带宽，并可以显着提高灵敏度和动态范围. 最后，网络部门使用ADC（模数转换）和DSP（数字信号处理）从中频信号中提取幅度和相位信息. 调谐接收机通常用于矢量网络和频谱中.

动态范围=最大接收功率接收到的噪声水平

如下图所示，左图和右图的最大接收功率相同，均为0dB左右. 但是，左图的接收噪声水平小于-120dB，右图的噪声水平约为-90dB，因此左图的动态范围大于120dB，而右图的动态范围只有大约90dB.

图2-1网络带宽对测试动态范围的影响

接收机扫频测试过程使用锁相环，以确保与激励源的频率同步扫描. 同步控制4通道的RF处理和基带处理，以保持相位相关性.

2.4处理人机界面

网络的显示处理部分完成测试结果的处理并根据需要显示测试结果. 显示功能非常强大和灵活，例如通过判断，极限判断，标记测试结果，测试结果的文件处理（标准化，存储读取等），内置的VBA编程以及其他功能测试数据处理（嵌入）处理，去嵌入处理，差分参数转换，阻抗转换，时域转换等）等.

三，测试原理分析

1. 传统的矢量网络VNA包括一个RF信号发生器，该发生器为被测设备（DUT）提供激励，并提供多测量，以测量正向和反向传输信号期间信号的入射，反射和传输. 信号源以固定的功率电平扫描频率以测量S参数，而以固定的频率扫描功率可以测量放大器的增益压缩和AM-PM转换. 这些测量可以确定线性和简单非线性设备的性能.

2. 对于基本的S参数和压缩测试，信号源和被调谐到相同的频率. 但是，通过移动信号源和频率并将调谐到激励频率的整数倍，也可以测量放大器的谐波性能. 改变信号源和频率的能力还可以测量频率转换设备（例如混频器和变频器）的幅度，相位和群延迟性能.

3. VNA仅需要一个RF源来测量组件的S参数，压缩和谐波，但是添加第二个内部信号源就可以测量更复杂的非线性特性，例如IMD，尤其是当这两个源时尤其如此. 与网络仪器内部的信号组合器一起使用. 对于IMD测量，信号组合器用于组合两个信号，并将它们发送到被测放大器（AUT）的输入. AUT的非线性会导致互调分量出现在放大的输入信号中. 在通信系统中，这些多余的分量将进入工作频带，并且无法通过滤波消除. 实际上，仅测量三阶分量是因为它们是导致系统性能下降的最重要因素.

4. 平衡电路测试原理: 可以降低对电磁干扰的敏感性，减少电磁干扰的产生. 平衡元件可以是具有三个端口的平衡单端设备，也可以是具有四个端口的平衡平衡设备. 可以使用四端口VNA轻松测试这些组件，该VNA可以测量差模响应和共模响应以及模式转换项. 这些测试可以通过单端激励或实模式激励来完成. 单端方法是一次仅测试一个DUT端口，并对差模响应和共模响应以及跨模特性进行数学计算. 这是最快和最准确的技术，只要施加的功率水平应将AUT保持性或中等压缩的工作区域即可.

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