網(wǎng)絡(luò)分析儀一種能在寬頻帶內(nèi)進行掃描測量以確定網(wǎng)絡(luò)參量的綜合性微波測量儀器。可直接測量有源或無源、可逆或不可逆的雙口和單口網(wǎng)絡(luò)的復(fù)數(shù)散射參數(shù)，并以掃頻方式給出各散射參數(shù)的幅度、相位頻率特性。自動網(wǎng)絡(luò)分析儀能對測量結(jié)果逐點進行誤差修正，并換算出其他幾十種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如輸入反射系數(shù)、輸出反射系數(shù)、電壓駐波比、阻抗(或?qū)Ъ{)、衰減(或增益)、相移和群延時等傳輸參數(shù)以及隔離度和定向度等。

網(wǎng)絡(luò)分析儀的發(fā)明背景

20世紀40年代和50年代，大多數(shù)高頻通信系統(tǒng)都采用電子管（速調(diào)管、磁控管）和調(diào)幅（AM）或調(diào)頻（FM）技術(shù)。一些原始的信號發(fā)生器、功率檢波器和阻抗電橋被用來測量上述元件的傳輸、反射和阻抗特性，使之能制作出成功的系統(tǒng)。為了繪制一個現(xiàn)代史密斯圖（Smith chart），每次一個頻率要進行數(shù)小時繁瑣的手動調(diào)諧測量。當時的網(wǎng)絡(luò)分析儀是掃頻標量分析儀，結(jié)合繁瑣的逐點重繪器件的相對相位特性。

世界上第一臺網(wǎng)絡(luò)分析儀8410A

圖1 第一臺網(wǎng)絡(luò)分析儀8410A

這是基于通過組合實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析功能的多個機箱的臺式系統(tǒng)（圖1）。當時，S參數(shù)的概念剛開始流行。它將傳輸、反射和阻抗轉(zhuǎn)化成了能夠迅速測量和觀測的單個圖像。這是高頻設(shè)計中的變革，使工程師們能著手用剛開始提供的新型高頻半導(dǎo)體器件進行設(shè)計。這些器件的優(yōu)勢具有一定的伸縮性。如果設(shè)計和測量手段不能使設(shè)計人員最大限度地挖掘這些新器件的潛力，那么它們的應(yīng)用便可能大打折扣。為了從器件中獲得最佳性能，合理測量的互動和步驟提示有助于推動設(shè)計和測量的不斷向前發(fā)展。

8410A網(wǎng)絡(luò)分析儀工作原理框圖如圖2所示。

當時，器件網(wǎng)絡(luò)分析的典型工作系統(tǒng)如圖3所示。

圖3   網(wǎng)絡(luò)分析典型工作系統(tǒng)

第一臺自動化網(wǎng)絡(luò)分析儀8542A

圖4  自動化網(wǎng)絡(luò)分析儀8542A

圖5  濾波器的自動化測量

繼續(xù)的創(chuàng)新是需要，需要把自動化網(wǎng)絡(luò)分析儀的體積縮小。在1976年，HP發(fā)布了第一臺全集成式的網(wǎng)絡(luò)分析儀8505A，頻率可達1.3GHz。這時候已經(jīng)發(fā)明了HPIB(即GPIB），可以編程控制這臺網(wǎng)絡(luò)分析儀。

8505A工作原理框圖如圖7所示。

第一臺數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)分析儀3577A

圖8  數(shù)字化VNA 3577A

110GHz網(wǎng)絡(luò)分析儀8510A

圖9  經(jīng)典的8510A

展望未來

新時代的射頻器件形態(tài)多樣，有半導(dǎo)體芯片、濾波器、RF連接器以及天線等。網(wǎng)絡(luò)分析儀也不再局限于S參數(shù)的測量，還具備插入損耗IL、駐波比VSWR、Smith圖的測量功能，為RF器件、半導(dǎo)體及終端天線提供最基本的性能檢測。

例如，作為5G的關(guān)鍵使能技術(shù)之一，大規(guī)模天線技術(shù)不可避免地為天線測試帶來一系列挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的多端口測試大多基于單臺矢網(wǎng)分步測試或多臺矢網(wǎng)級聯(lián)測試，普遍存在著測試速度慢與通道校準復(fù)雜的弊端，此外由于矩陣開關(guān)的引入，導(dǎo)致動態(tài)范圍等性能惡化。

多端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的主要技術(shù)難點包括大規(guī)模多端口幅相一致性的快速校準問題、多通道間的串擾抑制問題以及并行多路信號實時同步的處理方法等。