网分多端口扩展的测量原理和硬件结构组成

网分多端口扩展的测量原理

众所周知，网络分析仪有标量网络分析仪和矢量网络分析仪之分。标量网络分析仪只能测量网络的幅频特性，而矢量网络分析仪可以同时测量被测网络的幅度信息和相位信息。矢量网络分析即是通过测量被测网络对频率扫描和功率扫描测试信号的幅度与相位的影响，来精确表征被测网络的一种方法。
最常用的对RF元器件的特性进行测量的仪器是矢量网络分析仪(VNA)，这里所说的“网络”指的是电子电路概念上的网络，而不是计算机网络。传统上，VNA使用一个作为激励的RF信号源，并采用多路测量接收机来测量正反两个方向上的入射、反射和传输信号。
矢量网络分析仪可以利用固定功率的扫频方式来测量S参数；也可以用固定频率的功率扫描方式来测量放大器的增益压缩。通过这种方式，来量化元器件的线性性能和一些简单的非线性性能。现在，新型VNA的内部设置有两个内置RF信号源，可以对IMD进行测量，而以前这主要通过两个外接的信号源和一个频谱分析仪来完成。基于VNA的测试方法使得在测试过程中对仪表的设置更加简单、测量时间更短、准确性更高。
 

2.1反射和传输
在网络分析仪的基本形式中，包含测量沿传输线行进的人射波、反射波和传输波，如图1所示。在网络分析仪的名词术语中，一般用R或参考通道表示测量人射波；反射波用A通道测量，而传输波则用B通道测量。利用这些波中的幅度和相位信息，便能定量描述被测器件(DUT)的反射特性和传输特性。下面一些术语用于对反射和传输进行：
 

2.2  S参数
微波领域广泛应用散射参数(S参数)来分析微波网络。复杂的系统可以简单地看成是若干个耦合的二端口网络。与入射波、传输波和反射波相关的二端口参数称为散射参数或S参数，见图2。S参数类似于反射和传输特性。当输出端处于匹配状态时，输入端的反射系数即为S11参数；当输入端处于匹配状态时，输出端的反射系数即为S22参数。S21参数与正向传输系数等效，S12参数与反向传输系数等效。在测量、建模和设计多元件的复杂系统中，器件的S参数特性起着关键的作用。矢量网络分析仪能方便快捷地测量出被测器件的四个S参数。

3.二端口矢量网络分析仪组成结构
矢量网络分析仪常指连续波矢量网络分析仪，被测网络的激励信号为正弦波信号。根据激励信号源和响应接收机是否在一个机箱内而分成分体式和一体化矢量网络分析仪两个基本形式。提供入射信号的信号源；信号分离器分离入射、反射和传输信号；接收机把高频信号转换为较低频率(中频)的信号；处理和显示系统对较低频率的信号进行处理，并显示经检测和导出的信号
虽然不同的网络分析仪在设计细节方面有所差别，但所有的网络分析仪都包含4个基本部分：

3.1  信号源
被测器件的频率响应通过信号源扫频确定，在矢量网络分析仪中广泛采用合成扫频信号源。

3.2  信号分离
网络分析仪的下一项任务是分离入射、反射和传输信号，从而测量它们各自的幅度和相位。矢量网络分析仪均采用定向耦合器方法分离信号。

3.3  接收机
网络分析仪的接收机把RF或微波能量转换为较低的IF信号，从而简化了精确的检测任务。矢量网络分析仪采用窄带的锁相接收机技术。

3.4  处理和显示系统
一旦检测到RF或微波能量，矢量网络分析仪仪必须处理和显示各种测量。矢量网络分析仪是一种多通道仪器，至少有一个通道作为基准通道，一个通道作为测试通道。

4.用矩阵开关扩展二端口矢量网络分析仪网络分析仪
传统矢量网络分析仪(VNA)有两个测试端口，因为早期的大多数器件只有一个或两个端口。为了对多端口器件进行测量，就需要在被测器件(DUT)的各个端口之间多次变换测试电缆和端接负载，直到完成对所有端口的测量。而由此就会产生许多的问题，比如：可重复性差、操作复杂、计算复杂不直观等等一系列问题。

4.1原理
为同时满足很多的端口数量和很高的测试频率的要求，可以通过使用一个通常放置于VNA底部的外置测试装置(其中包含更多的测试端口连接器和定向耦合器)及必要的开关(这些开关可以让外部测试装置与VNA本身紧密地集成在一起)来扩展VNA的端口数量。通过这种方式，可以实现端口数很多的多端口测试解决方案，并能测量任意端口对组合之间的信号通道，同时还包括必要的误差校准程序，消除所有测试端口和通道的系统误差。