矢量网络分析仪的应用
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关键字：矢量网络分析仪 测量 相位 增益压缩 时域
引 言
在科研及生产中，高性能的矢量网络分析仪是功能最强的网络分析仪，它对于各种微波器件和组件的特性分析具有至关重要的作用。它具有频域和时域两类测试功能，可以很好地完成诸如滤波器、放大器、混频器以及系统中有源和无源微波组合等的各种参数的调试、测试。安立公司提供的一体化37200/37300系列矢量网络分析仪具有频率范围宽、动态范围大、分辨率准确度高、快速实时、使用简捷、灵活方便等特点，为工程师们提供了极大的帮助。下面我就37247A及37369C矢量网络分析仪的部分应用作一粗浅的介绍。
两路相位平衡调试
在某雷达产品的研制和系统的总调过程中，会对和差两路相位的不平衡性提出要求，为了使和差两路的相位满足设计要求，除了在设计时要仔细考虑影响相位不平衡的诸多因素以及减少相位不平衡的方法，还要在今后的总调中加以调整修正，以适应整个系统的要求。根据总调现场的条件，我们需要有一个快捷有效、切实可行的测量手段。以前我们使用的是八十年代初的手动矢量网络分析仪，精度较低，显示不直观，测量结果无法输出。
为了确保测试的精度和有效性，和差两路相位平衡的测试宜采用包括天线、馈线以及高频接收机和差相加器（魔T）之前各微波器件在内的大系统统调测量，安立公司的37247A矢量网络分析仪为这个调试提供了有力的测量手段。
图1 和差相位平衡测试框图
图1显示了和差相位平衡的测试框图。以任一路作为基准，利用37247A矢量网络分析仪的校准（RESPONSE-THRU）或迹线存储运算（DATA→MEM，DATA/MEM）功能，可以很直接地看到和差两路的相位平衡情况，见下图。
图2 配平前的和差两路相对相位
图2显示了和差两路配平前的相对相位。从图中可见，两路的相位差未达到要求，需要调整。根据网络分析仪测量出的相位差数，由公式Δl=ΔΦ/（2π/λg）计算出须增加的匹配长度Δl，垫接在电长度短的支路上，并通过网络分析仪实时分析观察，直至满足技术要求为止，最终结果可通过绘图仪或磁盘输出。
另外，也可通过37247A网络分析仪的内部电长度补偿功能（配合适当的介电常数），自动计算出配平时须修正的长度，该长度显示在分析仪的显示屏上，方便快捷。
放大器的1dB压缩点
37369C不但具有频率扫描方面的诸多应用，而且还具备了功率扫描的能力，可对放大器的非线性性能进行描述。图3显示了在某一频点上放大器的输出功率与输入功率的关系，图中的线性部分是放大器的小信号增益区域；输入功率继续增加时，增益就开始下降，放大器进入增益压缩区，随着输入功率的进一步加大，输出功率将不再增加，继而达到了饱和，放大器的1dB压缩点即为增益相对于线性增益下降1dB时的输入功率（或对应的输出功率）。
图3 放大器输出功率与输入功率
下面就是我们对所研制的Z002低噪声放大器1dB压缩点指标的检定测试。这里，我们通过37369C内置的增益压缩软件，可以很快地完成这一测试。首先，在37369C上按Appl键，选择SWEPT POWER GAIN COMPRESSION功能，根据被检放大器的工作频段设置需测的频率点（37369C最多可置10个点）：6GHz、8GHz、12GHz、14GHz、16GHz、18GHz，依照公式PSTART=压缩点指标-增益-15dB及PSTOP ≈ PSTART+20dB 设定扫功率范围。
图4
按照图4做线性功率校准，调整每个频点的源输出功率，然后用被检放大器替换功率探头，并选择GAIN COMPRESS功能完成测试，结果为-20.7dBm（21.58dBm）。
时域功能
我们知道，在测量比较复杂系统的反射时，得到的是各部分影响的综合结果，对于各具体部分（反射特性）的情况不易确定，这就给整体调试带来了不便。安立公司的37369C矢量网络分析仪的时域功能可方便地解决这个问题。网络分析仪的时域测量功能就是在频域中测量后，通过其内部处理器做反傅立叶变换得到时域响应，时域响应显示了网络的反射系数和传输系数与时间的关系，它包含了每个反射点的幅度、位置信息以及每个传输通路的信息。
时域测量有两种不同的工作方式，即带通方式和低通方式。带通方式就是给出器件的脉冲响应，它适用于任何频率范围，是最常用的工作方式。低通方式主要用来做低通器件的测量，它可提供器件的脉冲响应和阶跃特性，通过显示的特性曲线可以确定响应的幅值及反射点的类型（即阻抗特性R、L或C）。
时域测量中的"WINDOW"功能，可改善时域测量的动态范围，提高时域响应中的幅度分辨力。另外，它还有一个非常有用的"GATE"功能，这是一个时间滤波器，形状犹如一个带通滤波器，它可以去掉"GATE"以外的响应对测量结果的影响，很方便地选择我们感兴趣的部分进行测量分析。
网络分析仪的时域功能不仅可用于检测电缆的反射点，实现故障定位，还可在传输测量中观察被测设备各路的传输情况。我们在做声表面波滤波器特性的测试时，其测量结果包括了多路传输、转接器、连接电缆以及滤波器夹具等的影响，其真实特性无从而知。应用了时域测量的"GATE"功能之后，我们就可去除转接器、连接电缆以及夹具等的影响，从而获得该滤波器更准确的特性。
结束语
由于时间关系，这里仅介绍了网络分析中几个简单的应用实例。安立公司的37369C矢量网络分析仪还有许多其他非常有用的功能，这里就不再赘述了。在实际应用中，37369C矢量网络分析仪为我们提供了很好的调试测量手段，大大地提高了我们的工作效率。
引 言
在科研及生产中，高性能的矢量网络分析仪是功能最强的网络分析仪，它对于各种微波器件和组件的特性分析具有至关重要的作用。它具有频域和时域两类测试功能，可以很好地完成诸如滤波器、放大器、混频器以及系统中有源和无源微波组合等的各种参数的调试、测试。安立公司提供的一体化37200/37300系列矢量网络分析仪具有频率范围宽、动态范围大、分辨率准确度高、快速实时、使用简捷、灵活方便等特点，为工程师们提供了极大的帮助。下面我就37247A及37369C矢量网络分析仪的部分应用作一粗浅的介绍。
两路相位平衡调试
在某雷达产品的研制和系统的总调过程中，会对和差两路相位的不平衡性提出要求，为了使和差两路的相位满足设计要求，除了在设计时要仔细考虑影响相位不平衡的诸多因素以及减少相位不平衡的方法，还要在今后的总调中加以调整修正，以适应整个系统的要求。根据总调现场的条件，我们需要有一个快捷有效、切实可行的测量手段。以前我们使用的是八十年代初的手动矢量网络分析仪，精度较低，显示不直观，测量结果无法输出。
为了确保测试的精度和有效性，和差两路相位平衡的测试宜采用包括天线、馈线以及高频接收机和差相加器（魔T）之前各微波器件在内的大系统统调测量，安立公司的37247A矢量网络分析仪为这个调试提供了有力的测量手段。
图1 和差相位平衡测试框图
图1显示了和差相位平衡的测试框图。以任一路作为基准，利用37247A矢量网络分析仪的校准（RESPONSE-THRU）或迹线存储运算（DATA→MEM，DATA/MEM）功能，可以很直接地看到和差两路的相位平衡情况，见下图。
图2 配平前的和差两路相对相位
图2显示了和差两路配平前的相对相位。从图中可见，两路的相位差未达到要求，需要调整。根据网络分析仪测量出的相位差数，由公式Δl=ΔΦ/（2π/λg）计算出须增加的匹配长度Δl，垫接在电长度短的支路上，并通过网络分析仪实时分析观察，直至满足技术要求为止，最终结果可通过绘图仪或磁盘输出。
另外，也可通过37247A网络分析仪的内部电长度补偿功能（配合适当的介电常数），自动计算出配平时须修正的长度，该长度显示在分析仪的显示屏上，方便快捷。
放大器的1dB压缩点
37369C不但具有频率扫描方面的诸多应用，而且还具备了功率扫描的能力，可对放大器的非线性性能进行描述。图3显示了在某一频点上放大器的输出功率与输入功率的关系，图中的线性部分是放大器的小信号增益区域；输入功率继续增加时，增益就开始下降，放大器进入增益压缩区，随着输入功率的进一步加大，输出功率将不再增加，继而达到了饱和，放大器的1dB压缩点即为增益相对于线性增益下降1dB时的输入功率（或对应的输出功率）。
图3 放大器输出功率与输入功率
下面就是我们对所研制的Z002低噪声放大器1dB压缩点指标的检定测试。这里，我们通过37369C内置的增益压缩软件，可以很快地完成这一测试。首先，在37369C上按Appl键，选择SWEPT POWER GAIN COMPRESSION功能，根据被检放大器的工作频段设置需测的频率点（37369C最多可置10个点）：6GHz、8GHz、12GHz、14GHz、16GHz、18GHz，依照公式PSTART=压缩点指标-增益-15dB及PSTOP ≈ PSTART+20dB 设定扫功率范围。
图4
按照图4做线性功率校准，调整每个频点的源输出功率，然后用被检放大器替换功率探头，并选择GAIN COMPRESS功能完成测试，结果为-20.7dBm（21.58dBm）。
时域功能
我们知道，在测量比较复杂系统的反射时，得到的是各部分影响的综合结果，对于各具体部分（反射特性）的情况不易确定，这就给整体调试带来了不便。安立公司的37369C矢量网络分析仪的时域功能可方便地解决这个问题。网络分析仪的时域测量功能就是在频域中测量后，通过其内部处理器做反傅立叶变换得到时域响应，时域响应显示了网络的反射系数和传输系数与时间的关系，它包含了每个反射点的幅度、位置信息以及每个传输通路的信息。
时域测量有两种不同的工作方式，即带通方式和低通方式。带通方式就是给出器件的脉冲响应，它适用于任何频率范围，是最常用的工作方式。低通方式主要用来做低通器件的测量，它可提供器件的脉冲响应和阶跃特性，通过显示的特性曲线可以确定响应的幅值及反射点的类型（即阻抗特性R、L或C）。
时域测量中的"WINDOW"功能，可改善时域测量的动态范围，提高时域响应中的幅度分辨力。另外，它还有一个非常有用的"GATE"功能，这是一个时间滤波器，形状犹如一个带通滤波器，它可以去掉"GATE"以外的响应对测量结果的影响，很方便地选择我们感兴趣的部分进行测量分析。
网络分析仪的时域功能不仅可用于检测电缆的反射点，实现故障定位，还可在传输测量中观察被测设备各路的传输情况。我们在做声表面波滤波器特性的测试时，其测量结果包括了多路传输、转接器、连接电缆以及滤波器夹具等的影响，其真实特性无从而知。应用了时域测量的"GATE"功能之后，我们就可去除转接器、连接电缆以及夹具等的影响，从而获得该滤波器更准确的特性。
结束语
由于时间关系，这里仅介绍了网络分析中几个简单的应用实例。安立公司的37369C矢量网络分析仪还有许多其他非常有用的功能，这里就不再赘述了。在实际应用中，37369C矢量网络分析仪为我们提供了很好的调试测量手段，大大地提高了我们的工作效率。
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