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标量网络分析仪可能确实需要VNA吗

2021-07-29 来源:郑州农业机械网

标量网络分析仪可能确实需要VNA吗?

网络分析仪测量电气网络的网络参数,例如两端口放大器和滤波器。该仪器的特点是在5 Hz至1.05 THz的频率下工作,大多数情况下是在较高端,尽管某些型号的灵敏度低至1 Hz。

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这些仪器有两种类型:标量网络分析仪(仅测量测试信号的幅度)和矢量网络分析仪(仅测量幅度和相位)中国机械网okmao.com。矢量网络分析仪要普遍得多。实际上,很难找到仍然制造标量网络分析仪的仪器制造商。那些曾经制造过这些设备的人现在普遍认为,VNA的价格已经下降到了简单地选择功能更强大的仪器的地步。

是德科技8757

现在已过时的Agilent 8757D标量网络分析仪。

但是,在不需要收集S参数或相位信息的情况下,精打细算的工程师和工程公司仍然会发现标量版本具有吸引力。要了解价格差异,请考虑现已停产的Agilent 8757D标量网络分析仪。可以找到该仪器的二手版本,该版本可以在数十千兆赫兹范围内进行测量,在eBay上的价格不到1,000美元。与此相比,Keysight Technologies(安捷伦的前仪器部门)建议的几种VNA的价格可以替代8757D。其中之一就是N5230A,这是一种20 GHz VNA,通常在eBay上的售价为20,000美元。另一个是E5071C ENA VNA,Keysight出厂时的典型配置价格为37,208美元。

可能会找到价格便宜的VNA,但它们通常是USB型仪器,只能在1 GHz以下工作。Mini-Circuits还生产设计为教育工具的DIY VNA板,价格约为3,000美元,工作频率为6 GHz。

因此,可能会有经济上的动机来了解标量分析仪和VNA之间的差异。尽管标量分析仪很难找到新的,但结合使用频谱分析仪和跟踪发生器可以实现相同的功能。跟踪发生器是一种信号发生器,其输出跟踪或跟踪频谱分析仪的调谐。通常的测试设置是将跟踪发生器的输出馈入被测设备(DUT),然后将DUT输出馈入频谱分析仪。然后,频谱分析仪显示屏上显示的结果信号电平是DUT质量的函数。可以在跟踪发生器扫出的频率范围内显示响应。以这种方式进行的典型测量包括放大器的增益和增益平坦度,滤波器响应,回波损耗和/或VSWR,

通常的步骤是在运行分析仪测试之前进行校准。对于传输类型的测试,跟踪发生器的输出将直接发送到频谱分析仪。然后将DUT传输除以结果,以补偿测量系统的传输频率响应。对于反射型测量,出于相同目的,校准过程会平均短路和开路响应。需要注意的一点是,该校准不能解决源和负载不匹配等因素造成的系统误差,因此会导致测量不确定性。

另一个因素是,标量分析仪的动态范围往往比VNA小。例如,旧的Agilent 8757D的动态范围为+16到–60 dBm。VNA的灵敏度为-110 dBm,有助于处理低信号电平。

通过同一滤波器的相位延迟(顶部)和群延迟,与使用Tektronix TTR500 VNA测量的相同。

VNA处理的三种主要测量方法在标量仪器上是不可能的:相位延迟,群延迟和S参数表征。相位延迟测量给定频率的正弦波通过DUT所花费的时间。组延迟在数学上定义为相位延迟的导数。小组延迟的物理表现很难把握。

对群延迟的通常解释以调幅正弦波为例。组延迟指定幅度包络经过DUT时将被延迟的程度。可视化组延迟的另一种方法是回忆振幅调制在载波频率的任一侧引入边带频率。可以将群延迟视为关于边带将相对于载波频率如何延迟的信息。延迟将改变幅度包络的形状。

通常,一旦测试设置通过校准并连接了DUT,在VNA上的相位延迟和群延迟测量都需要按一次按钮。

s参数这将我们带到S参数。作为快速回顾,S参数描述了N端口网络如何响应施加在任何或所有端口上的信号。下标中的第一个数字表示响应端口,而第二个数字表示入射端口。因此,由于端口1的信号,S 21表示端口2的响应。在电路工作中,最常见的S参数用于两端口网络。同样,最感兴趣的S参数通常是输入和输出反射系数S 11和S 22。这些通常绘制在史密斯圆图上。透射系数(S 21和S 12)通常不是。

当输出端接到等于DUT特性阻抗的负载中时,VNA 通过测量入射,反射和传输的电压信号的幅度和相位来确定S 11和S 21。这种情况保证了负载没有反射。S 11等于输入复数反射系数或DUT的阻抗,而S 21是前向复数传输系数。同样,通过将信号源放置在端口2并以理想的负载端接端口1,可以确保输入没有反射。然后可以进行S 22和S 12测量。

与组延迟和相位延迟一样,VNA通常只需按一下按钮即可获得S参数数据。

最后,应注意的是,某些VNA S参数测量可用的相同反射信号信息可从配备用于进行时域反射测量的采样示波器中获得。TDR仪器通过DUT发送脉冲,并将反射结果与标准阻抗产生的反射进行比较。典型的TDR显示是电压-时间波形,该波形是由传播通过DUT的快速阶跃信号和阶跃遇到阻抗变化而产生的反射形成的。通过执行傅立叶变换,可以将时域显示转换为S参数(频率响应)。

与能够在相同频率范围内运行TDR测量的示波器相比,VNA趋于更快且具有更高的动态范围。此外,能够工作在数十千兆赫兹及更高频率范围的示波器(这些天已经发生了很多S参数工作)也往往与能够处理这些频率的VNA一样昂贵。