
矢量網絡分析儀(VNA)是射頻與微波領域中用途最、廣、功能最、強的測試儀器之一,被譽為“儀器之、王"和“射頻萬用表"。它不僅能測量器件的幅度響應,還能精確測量相位信息,實現對高頻器件全面的網絡特性表征。
與早期僅測幅度的標量網絡分析儀不同,矢量網絡分析儀可同時獲取信號的幅度與相位,從而實現S參數、復阻抗、時域響應等多維度測量,廣泛應用于通信、半導體、航空航天等領域。

一、基本組成與工作原理
VNA是一個集信號源、信號分離裝置、接收機和處理顯示單元于一體的閉環測試系統。
1.信號源:提供可調頻率和功率的激勵信號,采用頻率合成技術確保高精度。支持掃頻和點頻(CW)輸出,并通過ALC(自動電平控制)與衰減器協同調節輸出功率,保證測試穩定性。
2.信號分離裝置:由功分器和定向耦合器(或電橋)構成。功分器將信號分為兩路,一路作為參考信號送入R接收機,另一路送至被測件(DUT)。定向耦合器用于分離輸入與反射信號,其“方向性"決定了反射測量的精度。方向性越高,對反向信號的抑制能力越強,測量誤差越小。
3.接收機:分為R(參考)、A(反射)、B(傳輸)等多個通道。現代VNA采用調諧接收機,通過下變頻和ADC數字化處理,獲取信號的幅度和相位信息。相比二極管檢波的寬帶檢測方式,調諧接收機具有更高的靈敏度、動態范圍和抗干擾能力。
4.處理與顯示:對接收信號進行矢量運算,計算S參數(如S11、S21),并以史密斯圓圖、波特圖等形式直觀顯示。
二、核心測試流程
●傳輸測試:信號源輸出經功分器分為參考信號(R)和激勵信號,激勵信號輸入DUT,輸出信號由B接收機采集,B/R即為正向傳輸參數(如增益、插入損耗)。
●反射測試:激勵信號進入DUT后產生反射,由定向耦合器分離并送入A接收機,A/R反映端口反射特性(如回波損耗、駐波比)。
通過內部開關切換,可完成雙向傳輸與反射測量,全面獲取兩端口網絡的S參數。
三、關鍵技術優勢
●高動態范圍:采用窄帶中頻濾波器(可小至1kHz),顯著降低噪聲,提升靈敏度。例如,當DUT輸出僅為-100dBm時,調諧接收機仍可準確檢測,而普通檢波器可能無法響應。
●相位與電子延遲功能:直接觀察相移常因器件電長度呈現線性負斜率而難以分析。VNA通過電子延遲功能抵消線性相移,提取“相位波動"(即非線性失真),便于評估信號完整性。
●S參數測量:S參數描述高頻器件在頻域中的輸入輸出關系,是射頻設計的核心依據。VNA可精確測量各端口的反射與傳輸特性。
四、誤差與校準
VNA存在系統誤差、漂移誤差和開關重復性誤差。漂移誤差主要源于溫度變化引起的電纜膨脹和變頻器不穩定,可通過充分預熱和恒溫環境緩解。為確保精度,使用前必須進行校準(如SOLT校準),消除系統誤差。
五、應用場景與發展趨勢
VNA不僅用于基礎S參數測試,還可擴展用于IMD(互調失真)測量(需雙信號源)、平衡電路測試(四端口VNA)、時域分析等復雜場景。其核心技術涉及射頻電路設計、數字信號處理與軟件平臺,是高、端測試測量領域的關鍵設備。
國內如鼎陽科技已推出26.5GHz四端口VNA,進入高、端市場,體現我國在該領域的快速進步。隨著5G、毫米波、量子通信等技術發展,VNA在高頻、高精度、集成化方向將持續演進。
總之,矢量網絡分析儀憑借其全面的測量能力、高精度與靈活性,成為射頻研發至關重要的核心工具。
我們的優勢:思儀、是德、泰克、日置、固緯、艾德克斯、普源、同惠、鼎陽、安柏等。
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