网络分析仪的主要参数有哪些

今天，我们将了解网络分析仪的关键参数，包括：

1. 频率范围

2. 动态范围

3. 输出功率

4. 端口数

5. 迹线噪声

6. 扫描时间

矢量网络分析仪既是信号发生器，又是信号接收器，因此，虽然这六项规格肯定无法完全涵盖所有内容，但它们提供了您开始寻找完美矢量网络分析仪 (VNA) 所需的背景信息。

为什么要关注矢量网络分析仪的频率范围？

您可能会猜想，矢量网络分析仪 (VNA) 的频率范围很重要，因为它可以让您测试待表征设备的整个频率范围。您是对的。如果您测试宽带组件，例如高速数字系统中的组件，那么您需要 VNA 的宽带覆盖范围。虽然“宽带”没有严格的定义，但在这种情况下，可以考虑从低兆赫到千兆赫的频率范围。

如果您的被测设备 (DUT) 工作在特定频段，例如最高 6 GHz，那么您就需要一台频率至少能达到 6 GHz 的矢量网络分析仪 (VNA)。实际上，对于 6 GHz 的放大器，工程师通常喜欢查看 DUT 工作频段之外的杂散谐波。这样做有助于他们设计或选择具有必要阻带衰减的滤波器。因此，对于工作频率为 6 GHz 的放大器，工程师可能会分析到 12 GHz 或 18 GHz。

考虑到这一点，您是否应该始终购买最高频率的矢量网络分析仪 (VNA)？67 GHz 的最高频率显然比 3 GHz 的最高频率每次都好得多，对吧？好吧，我知道每个工程专业的学生都讨厌这个答案，但是……这要视情况而定。我知道，我很抱歉，请允许我解释一下。

高频率意味着高成本。因此，您应该只为您需要的频率范围付费。如果您正在开发先进的毫米波 (mmWave) 系统，甚至是亚太赫兹技术，那么投资高频设备是值得的。但是，如果您并非处于市场前沿，那么您可能不需要最高的频率覆盖范围。简单来说，这里有一个通用的经验法则：在选择所需的矢量网络分析仪 (VNA) 频率范围时，请选择最大频率至少为待测设备 (DUT) 最大工作频率三到五倍的网络分析仪。

为什么要关注矢量网络分析仪的动态范围？

工程师将测量待测设备 (DUT) 响应的功率范围称为动态范围。

图 1 显示了两种不同的动态范围规格。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没有功率放大器或待测设备 (DUT) 增益的情况下的功率能力。仪器的最大源功率或输出功率是最大功率水平（Pref）。

接收器动态范围是仪器在功率放大的情况下的动态范围。该规范不是使用源功率作为最大功率水平，而是基于仪器接收器可以测量的最大功率 Pmax。

图 1：系统和接收机动态范围的视觉比较。

本质上，动态范围在信号规格中体现了矢量网络分析仪 (VNA) 的输出功率和接收机本底噪声能力。为什么需要关注这一点？假设您正在表征一个滤波器。您希望在同一台仪器上同时查看通带和阻带响应。这意味着网络分析仪接收机的本底噪声必须足够低，以便您能够在滤波器输出功率非常低的情况下可靠地测量阻带响应。

这个概念也适用于测试放大器等高增益设备。如果您测量高增益放大器的 S 参数，则需要使用低输入功率，以便在高增益放大器可能部署的低输入功率下进行最佳测试（这也有助于避免输出功率水平损坏 VNA）。但这意味着您的 S11 测量结果将具有较低的信噪比 (SNR)。在这种低 SNR 情况下，较低的接收机本底噪声将很有帮助，这样您仍然可以捕捉到低功率响应。

可以这样想，出于同样的原因，您需要一个足够高的频率范围来捕获 DUT 的工作频率和 5 阶谐波，您还需要一个高动态范围，以便您的 VNA 能够检测到低功率信号。

为什么要关注输出功率？

输出功率表示矢量网络分析仪 (VNA) 能够向被测器件 (DUT) 发送的最大功率。它以 dBm 为单位，参考 50 欧姆阻抗，以匹配大多数射频传输线的特性阻抗。

工程师重视高输出功率，因为它有助于提高测量信噪比 (SNR)。它还能帮助工程师确定被测器件 (DUT) 的压缩极限。

许多有源器件（例如放大器）需要进行具有挑战性的线性和非线性高功率测量，这些测量超出了网络分析仪的功率极限。在这种情况下，您可以将专用信号发生器连接到矢量网络分析仪 (VNA) 的背板，并为器件提供所需的功率。

迹线噪声是指由于测试系统中的随机噪声而叠加在被测器件 (DUT) 响应上的噪声。迹线噪声越高，信号看起来就越不平滑，甚至会出现抖动（图 2）。

图 2：应用平均前的迹线噪声。

工程师可以通过增加测试功率（降低接收机带宽）或扫描平均（图 3）来降低迹线噪声。过去，由于网络分析仪合成器方案差异很大，迹线噪声更令人担忧，然而，大多数现代矢量网络分析仪 (VNA) 的迹线噪声都非常低。

图 3：应用平均后的迹线噪声。

为什么要关心矢量网络分析仪的端口数量？

您的矢量网络分析仪 (VNA) 至少需要与被测器件 (DUT) 数量相同的端口。在网络分析的早期阶段，所有测量都集中在 2 端口 S 参数上。随着 VNA 功能的扩展，能够测试功率分配器、混频器、差分器件等，这推动了 4 端口 VNA 的发展。如今，许多组件将多种功能集成到单个组件中。这些组件上的端口数量随着设备的复杂性而不断增加。工程师将端口数超过 4 的设备称为多端口设备。

图 4：器件端口数量会随着器件复杂度的增加而不断增加。

通常，多端口测量适用于以下情况：

待测器件 (DUT) 有多个路径穿过；
需要同时测量多个待测器件；
以上两种情况兼而有之。

对于多路径情况，可以想象一个发射/接收 (T/R) 模块，其中既有发射路径，也有接收路径。或者，一个发射机使用多个不同的通道。每个通道都有各自的发射路径，每个路径的频率都不同。每条路径都意味着需要测试另一个端口。

为什么要关注矢量网络分析仪的点扫描时间？

扫描时间体现了矢量网络分析仪 (VNA) 进行测量的速度。总而言之：越快越好。

生产工程师非常关心这项规格，因为他们必须以与制造速度相同的速度测试大量被测器件。毕竟，时间就是金钱。 然而，设计和开发工程师也关心扫描时间。试想一下。您是否愿意等待几分钟才能解析搜索结果或加载网页？每一次都如此。不想吗？射频开发人员也不想每次需要进行测量时都等待。 所有测试都必须提前进行——一旦卫星发射……就很难再恢复。 不仅测试工作量很大，而且所有测试都必须在发射前完成，因此工程师必须在截止日期前完成所有测量。 由于卫星部署在外太空，开发人员需要将测试环境保持在非常特殊、高度可控的条件下，这成本极其高昂。 可以想象，考虑到这些限制，卫星开发人员将测试速度视为至关重要的因素。较慢的测试会浪费宝贵的时间和金钱。

结论

工程师在挑选理想的矢量网络分析仪 (VNA) 时，会评估一系列规格参数。但您真正需要的只是以下六个关键规格参数：

· 频率范围
· 动态范围
· 输出功率
· 端口数量
· 迹线噪声
· 扫描时间