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微波網絡分析儀VNA原理詳解：電磁波測量基礎

來源：時間：2024-08-21 10:41:51 瀏覽：4942次

微波網絡分析儀VNA原理詳解：電磁波測量基礎

微波網絡分析儀（Vector Network Analyzer，簡稱VNA）是一種用于測試和測量微波頻段元件和網絡特性的電子測試設備。

一、電磁波

電磁波是由電場和磁場相互垂直并相互依賴振蕩傳播的波動現(xiàn)象，在微波頻段，電磁波的頻率范圍大約在1 GHz到300 GHz之間；微波元件和網絡的特性測量，本質上是對電磁波的反射、傳輸、衰減和相位變化的量化分析。

二、工作原理

VNA的核心功能是測量微波元件的S參數(shù)（散射參數(shù)），這些參數(shù)全面描述了網絡在微波頻段的性能；S參數(shù)包括S11（反射系數(shù)）、S21（傳輸系數(shù)）等，它們分別表示輸入和輸出端口處的反射和傳輸特性。

1. 雙端口網絡測量：VNA通常采用雙端口網絡進行測量；測量時，一個端口作為激勵源，另一個端口作為響應接收器。

2. 頻率掃描：VNA通過內置的信號源發(fā)出連續(xù)變化的頻率信號，這個信號通過待測網絡（DUT），然后由接收器捕獲反射和傳輸?shù)男盘枴?/span>

3. 矢量分析：VNA不僅測量信號的幅度，還測量信號的相位，因此稱為“矢量”網絡分析儀；通過矢量分析，可以準確地計算出S參數(shù)。

三、測量過程

a. 激勵源：VNA內置的信號源產生一個已知頻率和幅度的信號，該信號通過一個定向耦合器部分地發(fā)送到待測件的一個端口。

b. 反射和傳輸測量：反射測量：信號源發(fā)出的部分信號被待測件的輸入端口反射回來，通過定向耦合器被VNA的接收路徑捕獲，用于計算S11。

傳輸測量：信號通過待測件后，從另一個端口輸出，這部分信號同樣通過另一個定向耦合器被接收器捕獲，用于計算S21。

c. 信號處理：接收到的信號經過放大、濾波和下變頻處理，轉換成基帶信號，然后通過數(shù)字信號處理（DSP）技術進行進一步分析。

d. S參數(shù)計算：DSP單元根據(jù)接收到的信號的幅度和相位信息，計算出S參數(shù)；這些參數(shù)隨后被顯示在VNA的屏幕上，或者存儲起來以供后續(xù)分析。

四、關鍵技術和性能指標

1. 精度和穩(wěn)定性：VNA的精度和穩(wěn)定性取決于其內部校準的準確性；通常，VNA會使用開路、短路和負載等校準標準件進行校準，以確保測量的準確性。

2. 動態(tài)范圍：動態(tài)范圍是指VNA能夠同時測量非常小的反射系數(shù)（如-60 dB）和非常大的傳輸系數(shù)（如0 dB）的能力；一個高的動態(tài)范圍意味著更好的測量分辨率。

3. 系統(tǒng)動態(tài)：系統(tǒng)動態(tài)是指VNA在整個頻率范圍內保持穩(wěn)定測量性能的能力；這包括線性度、相位穩(wěn)定性等。

五、應用

VNA廣泛應用于微波電路、天線、濾波器、傳輸線等的設計和制造過程中；它們對于確保微波系統(tǒng)的性能至關重要。

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