矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的應(yīng)用

關(guān)鍵字：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 測量 相位 增益壓縮 時域

引 言

在科研及生產(chǎn)中，高性能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是功能最強的網(wǎng)絡(luò)分析儀，它對于各種微波器件和組件的特性分析具有至關(guān)重要的作用。它具有頻域和時域兩類測試功能，可以很好地完成諸如濾波器、放大器、混頻器以及系統(tǒng)中有源和無源微波組合等的各種參數(shù)的調(diào)試、測試。安立公司提供的一體化37200/37300系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有頻率范圍寬、動態(tài)范圍大、分辨率準(zhǔn)確度高、快速實時、使用簡捷、靈活方便等特點，為工程師們提供了極大的幫助。下面我就37247A及37369C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的部分應(yīng)用作一粗淺的介紹。

兩路相位平衡調(diào)試

在某雷達產(chǎn)品的研制和系統(tǒng)的總調(diào)過程中，會對和差兩路相位的不平衡性提出要求，為了使和差兩路的相位滿足設(shè)計要求，除了在設(shè)計時要仔細考慮影響相位不平衡的諸多因素以及減少相位不平衡的方法，還要在今后的總調(diào)中加以調(diào)整修正，以適應(yīng)整個系統(tǒng)的要求。根據(jù)總調(diào)現(xiàn)場的條件，我們需要有一個快捷有效、切實可行的測量手段。以前我們使用的是八十年代初的手動矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，精度較低，顯示不直觀，測量結(jié)果無法輸出。

為了確保測試的精度和有效性，和差兩路相位平衡的測試宜采用包括天線、饋線以及高頻接收機和差相加器（魔T）之前各微波器件在內(nèi)的大系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)測量，安立公司的37247A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀為這個調(diào)試提供了有力的測量手段。

圖1 和差相位平衡測試框圖

圖1顯示了和差相位平衡的測試框圖。以任一路作為基準(zhǔn)，利用37247A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)（RESPONSE-THRU）或跡線存儲運算（DATA→MEM，DATA/MEM）功能，可以很直接地看到和差兩路的相位平衡情況，見下圖。

圖2 配平前的和差兩路相對相位

圖2顯示了和差兩路配平前的相對相位。從圖中可見，兩路的相位差未達到要求，需要調(diào)整。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析儀測量出的相位差數(shù)，由公式Δl=ΔΦ/（2π/λg）計算出須增加的匹配長度Δl，墊接在電長度短的支路上，并通過網(wǎng)絡(luò)分析儀實時分析觀察，直至滿足技術(shù)要求為止，最終結(jié)果可通過繪圖儀或磁盤輸出。

另外，也可通過37247A網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部電長度補償功能（配合適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)），自動計算出配平時須修正的長度，該長度顯示在分析儀的顯示屏上，方便快捷。

放大器的1dB壓縮點

37369C不但具有頻率掃描方面的諸多應(yīng)用，而且還具備了功率掃描的能力，可對放大器的非線性性能進行描述。圖3顯示了在某一頻點上放大器的輸出功率與輸入功率的關(guān)系，圖中的線性部分是放大器的小信號增益區(qū)域；輸入功率繼續(xù)增加時，增益就開始下降，放大器進入增益壓縮區(qū)，隨著輸入功率的進一步加大，輸出功率將不再增加，繼而達到了飽和，放大器的1dB壓縮點即為增益相對于線性增益下降1dB時的輸入功率（或?qū)?yīng)的輸出功率）。

圖3 放大器輸出功率與輸入功率

下面就是我們對所研制的Z002低噪聲放大器1dB壓縮點指標(biāo)的檢定測試。這里，我們通過37369C內(nèi)置的增益壓縮軟件，可以很快地完成這一測試。首先，在37369C上按Appl鍵，選擇SWEPT POWER GAIN COMPRESSION功能，根據(jù)被檢放大器的工作頻段設(shè)置需測的頻率點（37369C最多可置10個點）：6GHz、8GHz、12GHz、14GHz、16GHz、18GHz，依照公式PSTART=壓縮點指標(biāo)-增益-15dB及PSTOP ≈ PSTART+20dB 設(shè)定掃功率范圍。

圖4

按照圖4做線性功率校準(zhǔn)，調(diào)整每個頻點的源輸出功率，然后用被檢放大器替換功率探頭，并選擇GAIN COMPRESS功能完成測試，結(jié)果為-20.7dBm（21.58dBm）。

時域功能

我們知道，在測量比較復(fù)雜系統(tǒng)的反射時，得到的是各部分影響的綜合結(jié)果，對于各具體部分（反射特性）的情況不易確定，這就給整體調(diào)試帶來了不便。安立公司的37369C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域功能可方便地解決這個問題。網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域測量功能就是在頻域中測量后，通過其內(nèi)部處理器做反傅立葉變換得到時域響應(yīng)，時域響應(yīng)顯示了網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)與時間的關(guān)系，它包含了每個反射點的幅度、位置信息以及每個傳輸通路的信息。

時域測量有兩種不同的工作方式，即帶通方式和低通方式。帶通方式就是給出器件的脈沖響應(yīng)，它適用于任何頻率范圍，是最常用的工作方式。低通方式主要用來做低通器件的測量，它可提供器件的脈沖響應(yīng)和階躍特性，通過顯示的特性曲線可以確定響應(yīng)的幅值及反射點的類型（即阻抗特性R、L或C）。

時域測量中的WINDOW功能，可改善時域測量的動態(tài)范圍，提高時域響應(yīng)中的幅度分辨力。另外，它還有一個非常有用的GATE功能，這是一個時間濾波器，形狀猶如一個帶通濾波器，它可以去掉GATE以外的響應(yīng)對測量結(jié)果的影響，很方便地選擇我們感興趣的部分進行測量分析。

網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域功能不僅可用于檢測電纜的反射點，實現(xiàn)故障定位，還可在傳輸測量中觀察被測設(shè)備各路的傳輸情況。我們在做聲表面波濾波器特性的測試時，其測量結(jié)果包括了多路傳輸、轉(zhuǎn)接器、連接電纜以及濾波器夾具等的影響，其真實特性無從而知。應(yīng)用了時域測量的GATE功能之后，我們就可去除轉(zhuǎn)接器、連接電纜以及夾具等的影響，從而獲得該濾波器更準(zhǔn)確的特性。

結(jié)束語

由于時間關(guān)系，這里僅介紹了網(wǎng)絡(luò)分析中幾個簡單的應(yīng)用實例。安立公司的37369C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀還有許多其他非常有用的功能，這里就不再贅述了。在實際應(yīng)用中，37369C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀為我們提供了很好的調(diào)試測量手段，大大地提高了我們的工作效率。