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[技術文章] 什麼是網路分析儀?評估與選購向量網路分析儀的關鍵技術指標
2022-03-15

網儀是什麼?評估與選購向量網路分析儀的關鍵技術指標

向量網路分析儀既是信號產生器又是接收機,因此它們有大量非常必要的技術指標。在本文中,您將初步了解什麼是網路分析儀,以及選購網路分析儀的一些關鍵技術指標。

什麼是網路分析儀?網路分析儀介紹與原理

  網路分析是指設計工程師和製造商,對複雜系統所用元件和電路的電氣效能進行量測的過程。當這些系統傳送具有資訊內容的信號時,我們最關心的是,如何以最高效率和最小失真,將信號從一處傳遞到另一處。向量網路分析藉由量測元件對頻率掃描和功率掃描測試信號的振幅與相位的影響,來精確分析元件特性,因此我們可以說網路分析儀是用來表徵射頻RF元件的量測儀器

  射頻電路需要獨特的測試方法。在高頻內很難直接測量電壓和電流,因此在測量高頻元件時,必須通過它們對射頻信號的回應情況來對其進行表徵。網路分析儀可將已知信號發送到元件、然後對輸入信號和輸出信號進行定比測量,以此來實現對元件的特徵。
 
  早期的網路分析儀只測量幅度。這些純量網路分析儀可以測量回返損耗、增益、駐波比,以及執行其他一些基於幅度的測量。現如今,大多數網路分析儀都是向量網路分析儀,可以同時測量幅度和相位。向量網路分析儀是用途極廣的一種儀器,可以表徵 S 參數、匹配複數阻抗、以及進行時域量測等。例如,其中的 ENA系列的向量網路分析儀便是一款高CP值的網路分析儀。

Keysight-E5061B-ENA網路分析儀-品勛

* 延伸查看:Keysight E5063A ENA系列向量網路分析儀立刻詢價
 
  如下圖所示,有一個正向發送的信號通過待測物的輸入端到達了輸出端。從元件的輸入端到輸出端的測量被稱為正向測量。網路分析儀的接收端可以測量入射、反射和傳輸的信號,以便計算正向 S 參數。
 

通用網路分析儀的方框圖-品勛科技

↑ 通用網路分析儀的方框圖
 

向量網路分析儀的關鍵技術指標,選購網路分析儀要注意什麼?

向量網路分析儀既是信號產生器又是接收機,因此它們有大量非常必要的技術指標。在本文中,您將瞭解到選購網路分析儀網路分析儀的一些關鍵技術指標。

◆ 最大頻率 - 向量網路分析儀的最大頻率是指其能夠測量的最高頻率。

網路分析儀的接收端帶有類比-數位轉換器(ADC),它可將輸入信號轉換為數位格式。然後,即可對這些信號進行分析和顯示。但是 ADC 不具備在射頻範圍轉換信號的能力,因此入射信號必須降變頻到它的工作頻率。這個工作頻率稱為中頻(IF)。

◆ 動態範圍 - 動態範圍是指能夠量測元件響應的功率範圍。

下圖顯示了定義動態範圍的兩種不同方式。系統動態範圍是指用於儀器技術指標的值。

 定義網路分析儀動態範圍-品勛科技

↑ 定義動態範圍的方法
- 系統動態範圍是指在不採用升壓放大器、不考慮待測物增益時的儀器功能。儀器的最大源功率是指它的最大功率電平,即 Pref
- 接收動態範圍是指採用功率放大時的儀器動態範圍。與最大源功率作為最大功率電平不同,這個技術指標以儀器的接收端能夠測量的最大功率 Pmax 為基礎
 
下方左圖中顯示了帶通濾波器 S21 測量的軌跡,係為儀器的動態範圍。軌跡線的上限比較平坦,下限包含一些雜訊。哪些因素決定了這些邊界的形狀呢?

邊緣的動態範圍-品勛科技

 ↑ 邊緣的動態範圍

動態範圍的最大功率電平是由源功率電平的上限和接收機的壓縮點決定的。
組成接收機的混頻器和放大器在達到飽和或最大輸出之前,只能處理這麼多的功率。當一個元件處於飽和區域時,其輸入和輸出之間不再存在線性關係。

放大器的飽和可在上方右圖中看到。在輸入功率高於 1W 時,實際輸出(紅色)會偏離理想輸出(綠色),這種現象稱為壓縮。接收機無法捕獲高於其壓縮點的任何元件輸出的信號,輸入功率的這種限制就構成了動態範圍的上限。

◆ 輸出功率 -輸出功率反應的是向量網路分析儀的信號產生器和網儀可將多少功率發射入待測物。

它用 dBm 表示,參考值為 50Ω 阻抗,以便匹配大多數射頻傳輸線的特徵阻抗。高輸出功率對於提升測量的信噪比或確定待測物的壓縮限制非常有用。很多主動元件,例如放大器,都需要進行極富挑戰性的超出網路分析儀功率極限的線性和非線性高功率測量。

◆ 跡線雜訊-是指由於系統中的隨機雜訊而造成在待測物的響應上形成的疊加雜訊。

使得信號看上去不那麼平滑,甚至有些抖動。跡線雜訊可以通過提高測試功率、降低接收機的頻寬或取平均值而消除。

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即使再好的測試設備也會存在瑕疵,導致測量結果不太理想。這些導致測量誤差的缺陷中,有一些是隨著時間和溫度的變化而可重複、可預測,並且可以消除,另一些則是隨機的,無法消除。誤差修正對測量結果的影響非常顯著。如果沒有誤差修正,帶通濾波器的測量結果顯示出相當大的損耗和紋波。經雙埠校正後的跡線消除了系統誤差的影響而更加平滑,並且更準確的表示了待測物 (DUT) 的實際性能。

下一篇就要告訴您,VNA向量網路分析儀使用前的校正,為什麼這麼重要?


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