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微波網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA原理詳解:電磁波測量基礎(chǔ)
來源: 時(shí)間:2024-08-21 10:41:51 瀏覽:2686次

微波網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA原理詳解:電磁波測量基礎(chǔ)

 

微波網(wǎng)絡(luò)分析儀(Vector Network Analyzer,簡稱VNA)是一種用于測試和測量微波頻段元件和網(wǎng)絡(luò)特性的電子測試設(shè)備。

一、電磁波

電磁波是由電場和磁場相互垂直并相互依賴振蕩傳播的波動(dòng)現(xiàn)象,在微波頻段,電磁波的頻率范圍大約在1 GHz300 GHz之間;微波元件和網(wǎng)絡(luò)的特性測量,本質(zhì)上是對(duì)電磁波的反射、傳輸、衰減和相位變化的量化分析。

二、工作原理

VNA的核心功能是測量微波元件的S參數(shù)(散射參數(shù)),這些參數(shù)全面描述了網(wǎng)絡(luò)在微波頻段的性能;S參數(shù)包括S11(反射系數(shù))、S21(傳輸系數(shù))等,它們分別表示輸入和輸出端口處的反射和傳輸特性。

1. 雙端口網(wǎng)絡(luò)測量VNA通常采用雙端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測量;測量時(shí),一個(gè)端口作為激勵(lì)源,另一個(gè)端口作為響應(yīng)接收器。

2. 頻率掃描VNA通過內(nèi)置的信號(hào)源發(fā)出連續(xù)變化的頻率信號(hào),這個(gè)信號(hào)通過待測網(wǎng)絡(luò)(DUT),然后由接收器捕獲反射和傳輸?shù)男盘?hào)。

3. 矢量分析VNA不僅測量信號(hào)的幅度,還測量信號(hào)的相位,因此稱為“矢量”網(wǎng)絡(luò)分析儀通過矢量分析,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出S參數(shù)。

三、測量過程

a. 激勵(lì)源VNA內(nèi)置的信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)已知頻率和幅度的信號(hào),該信號(hào)通過一個(gè)定向耦合器部分地發(fā)送到待測件的一個(gè)端口。

b. 反射和傳輸測量反射測量:信號(hào)源發(fā)出的部分信號(hào)被待測件的輸入端口反射回來,通過定向耦合器被VNA的接收路徑捕獲,用于計(jì)算S11

傳輸測量:信號(hào)通過待測件后,從另一個(gè)端口輸出,這部分信號(hào)同樣通過另一個(gè)定向耦合器被接收器捕獲,用于計(jì)算S21。

c. 信號(hào)處理接收到的信號(hào)經(jīng)過放大、濾波和下變頻處理,轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào),然后通過數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

d. S參數(shù)計(jì)算DSP單元根據(jù)接收到的信號(hào)的幅度和相位信息,計(jì)算出S參數(shù)這些參數(shù)隨后被顯示在VNA的屏幕上,或者存儲(chǔ)起來以供后續(xù)分析。

四、關(guān)鍵技術(shù)和性能指標(biāo)

1. 精度和穩(wěn)定性VNA的精度和穩(wěn)定性取決于其內(nèi)部校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性;通常,VNA會(huì)使用開路、短路和負(fù)載等校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行校準(zhǔn),以確保測量的準(zhǔn)確性。

2. 動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍是指VNA能夠同時(shí)測量非常小的反射系數(shù)(如-60 dB)和非常大的傳輸系數(shù)(如0 dB)的能力;一個(gè)高的動(dòng)態(tài)范圍意味著更好的測量分辨率。

3. 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)是指VNA在整個(gè)頻率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定測量性能的能力;這包括線性度、相位穩(wěn)定性等。

五、應(yīng)用

VNA廣泛應(yīng)用于微波電路、天線、濾波器、傳輸線等的設(shè)計(jì)和制造過程中;它們對(duì)于確保微波系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。

 

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文字是人類用符號(hào)記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具?,F(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達(dá)的方式和思維不同。文字使人類進(jìn)入有歷史記錄的文明社會(huì)。
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