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(cè)量 相位 增益壓縮 時(shí)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(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)分析儀，它對(duì)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(shí)域兩類測(cè)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(wú)源微波組合等的各種參數(shù)的調(diào)試、測(cè)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(dòng)態(tài)范圍大、分辨率準(zhǔn)確度高、快速實(shí)時(shí)、使用簡(jiǎn)捷、靈活方便等特點(diǎn)，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(dá)產(chǎn)品的研制和系統(tǒng)的總調(diào)過(guò)程中，會(huì)對(duì)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(jì)要求，除了在設(shè)計(jì)時(shí)要仔細(xì)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(gè)系統(tǒng)的要求。根據(jù)總調(diào)現(xiàn)場(chǎng)的條件，我們需要有一個(gè)快捷有效、切實(shí)可行的測(cè)量手段。以前我們使用的是八十年代初的手動(dòng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，精度較低，顯示不直觀，測(cè)量結(jié)果無(wú)法輸出。

為了確保測(cè)試的精度和有效性，和差兩路相位平衡的測(cè)試宜采用包括天線、饋線以及高頻接收機(jī)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(cè)量，安立公司的37247A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀為這個(gè)調(diào)試提供了有力的測(cè)量手段。

圖1 和差相位平衡測(cè)試框圖

圖1顯示了和差相位平衡的測(cè)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(chǔ)運(yùn)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(jiàn)下圖。

圖2 配平前的和差兩路相對(duì)相位

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

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

放大器的1dB壓縮點(diǎn)

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(duì)放大器的非線性性能進(jìn)行描述。圖3顯示了在某一頻點(diǎn)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(hào)增益區(qū)域；輸入功率繼續(xù)增加時(shí)，增益就開(kāi)始下降，放大器進(jìn)入增益壓縮區(qū)，隨著輸入功率的進(jìn)一步加大，輸出功率將不再增加，繼而達(dá)到了飽和，放大器的1dB壓縮點(diǎn)即為增益相對(duì)于線性增益下降1dB時(shí)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(duì)所研制的Z002低噪聲放大器1dB壓縮點(diǎn)指標(biāo)的檢定測(cè)試。這里，我們通過(guò)37369C內(nèi)置的增益壓縮軟件，可以很快地完成這一測(cè)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(cè)的頻率點(diǎn)（37369C最多可置10個(gè)點(diǎn)）：6GHz、8GHz、12GHz、14GHz、16GHz、18GHz，依照公式PSTART=壓縮點(diǎn)指標(biāo)-增益-15dB及PSTOP ≈ PSTART+20dB 設(shè)定掃功率范圍。

圖4

按照?qǐng)D4做線性功率校準(zhǔn)，調(diào)整每個(gè)頻點(diǎn)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(cè)試，結(jié)果為-20.7dBm（21.58dBm）。

時(shí)域功能

我們知道，在測(cè)量比較復(fù)雜系統(tǒng)的反射時(shí)，得到的是各部分影響的綜合結(jié)果，對(duì)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(lái)了不便。安立公司的37369C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時(shí)域功能可方便地解決這個(gè)問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)分析儀的時(shí)域測(cè)量功能就是在頻域中測(cè)量后，通過(guò)其內(nèi)部處理器做反傅立葉變換得到時(shí)域響應(yīng)，時(shí)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(shí)間的關(guān)系，它包含了每個(gè)反射點(diǎn)的幅度、位置信息以及每個(gè)傳輸通路的信息。

時(shí)域測(cè)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(lái)做低通器件的測(cè)量，它可提供器件的脈沖響應(yīng)和階躍特性，通過(guò)顯示的特性曲線可以確定響應(yīng)的幅值及反射點(diǎn)的類型（即阻抗特性R、L或C）。

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

網(wǎng)絡(luò)分析儀的時(shí)域功能不僅可用于檢測(cè)電纜的反射點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)故障定位，還可在傳輸測(cè)量中觀察被測(cè)設(shè)備各路的傳輸情況。我們?cè)谧雎暠砻娌V波器特性的測(cè)試時(shí)，其測(cè)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(shí)特性無(wú)從而知。應(yīng)用了時(shí)域測(cè)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(yǔ)

由于時(shí)間關(guān)系，這里僅介紹了網(wǎng)絡(luò)分析中幾個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用實(shí)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(shí)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(cè)量手段，大大地提高了我們的工作效率。