網(wǎng)絡(luò)分析儀是什么?網(wǎng)絡(luò)分析儀的原理:
1973年,研制了一種六端口網(wǎng)絡(luò)分析儀。它采用由定向耦合器和混合連接器(magict)組成的六端口網(wǎng)絡(luò)作為測(cè)量單元。除兩個(gè)端口分別與信號(hào)源和被測(cè)對(duì)象相連外,其余四個(gè)端口分別與幅度檢測(cè)器或功率計(jì)相連。通過(guò)四個(gè)振幅的適當(dāng)組合,可以得到所測(cè)網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)的模式和相位。它不需要使用復(fù)雜的雙通道接收機(jī)來(lái)獲取相位信息,大大簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。此外,它還具有多個(gè)必要數(shù)量的冗余測(cè)量端口,可以用來(lái)檢查冗余數(shù)據(jù),提高測(cè)量結(jié)果的可信度。但是它的計(jì)算要比四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀復(fù)雜得多。雙六端口網(wǎng)絡(luò)分析儀用于測(cè)量雙端口網(wǎng)絡(luò),即六端口網(wǎng)絡(luò)分析儀中的一個(gè)連接到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的端口1,另一個(gè)連接到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的端口2,這樣可以避免在測(cè)量過(guò)程中對(duì)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出進(jìn)行切換或手動(dòng)反轉(zhuǎn),進(jìn)一步提高測(cè)量精度,從第n個(gè)端口輸入的入射行波會(huì)散射到所有其他端口并發(fā)射出去。如果第m個(gè)端口的行波為BM,則第n個(gè)端口和第m個(gè)端口之間的散射參數(shù)SMN為BM/an。雙端口網(wǎng)絡(luò)具有四個(gè)散射參數(shù)S11、S21、S12和S22。當(dāng)兩個(gè)終端匹配時(shí),S11和S22分別是端口1和2的反射系數(shù),S21是從端口1到端口2的透射系數(shù),S12是相反方向的透射系數(shù)。當(dāng)某一端口的M端失配時(shí),該端口反射的行波將重新進(jìn)入M端口??梢哉J(rèn)為m端口仍然匹配,但是m端口上有一個(gè)行波AM入射。這樣,在任何情況下都可以列出等效入射行波和等效出射行波與各端口散射參數(shù)之間關(guān)系的聯(lián)立方程。在此基礎(chǔ)上,可以求解網(wǎng)絡(luò)的所有特性參數(shù),如輸入反射系數(shù)、駐波比、輸入阻抗和各種前向和后向傳輸系數(shù)。這是網(wǎng)絡(luò)分析儀最基本的工作原理。單端口網(wǎng)絡(luò)可視為雙端口網(wǎng)絡(luò)的特例,其中除S11外,S21=S12=S22。對(duì)于多端口網(wǎng)絡(luò),除了一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口外,所有端口都可以連接到匹配的負(fù)載上,因此相當(dāng)于一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)依次選擇每對(duì)端口作為等效雙端口網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出,進(jìn)行一系列測(cè)量并列出相應(yīng)的方程,可以求解N端口網(wǎng)絡(luò)的所有N2散射參數(shù),得到N端口網(wǎng)絡(luò)的所有特征參數(shù)。圖3顯示了四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量左側(cè)S11時(shí)測(cè)試單元的原理。箭頭表示每個(gè)行波的路徑。信號(hào)源u的輸出信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)S1和定向耦合器D2(即入射波A1)輸入到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的端口1。端口1的反射波(即端口1的輸出波B1)通過(guò)定向耦合器D2和開(kāi)關(guān)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)的測(cè)量通道。同時(shí),信號(hào)源u的輸出通過(guò)定向耦合器D1被發(fā)送到接收機(jī)的基準(zhǔn)信道,并且信號(hào)與A1成比例。因此雙通道幅相接收機(jī)測(cè)量B1/A1,即S11,包括其幅相(或?qū)嵅亢吞摬浚?。在測(cè)量過(guò)程中,網(wǎng)絡(luò)的端口2與匹配負(fù)載R1連接,以滿足散射參數(shù)指定的條件。系統(tǒng)中的另一定向耦合器D3也以匹配負(fù)載R2終止以避免不利影響。其他三個(gè)s參數(shù)的測(cè)量原理與此相同。
1973年,研制了一種六端口網(wǎng)絡(luò)分析儀。它采用由定向耦合器和混合連接器(magict)組成的六端口網(wǎng)絡(luò)作為測(cè)量單元。除兩個(gè)端口分別與信號(hào)源和被測(cè)對(duì)象相連外,其余四個(gè)端口分別與幅度檢測(cè)器或功率計(jì)相連。通過(guò)四個(gè)振幅的適當(dāng)組合,可以得到所測(cè)網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)的模式和相位。它不需要使用復(fù)雜的雙通道接收機(jī)來(lái)獲取相位信息,大大簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。此外,它還具有多個(gè)必要數(shù)量的冗余測(cè)量端口,可以用來(lái)檢查冗余數(shù)據(jù),提高測(cè)量結(jié)果的可信度。但是它的計(jì)算要比四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀復(fù)雜得多。雙六端口網(wǎng)絡(luò)分析儀用于測(cè)量雙端口網(wǎng)絡(luò),即六端口網(wǎng)絡(luò)分析儀中的一個(gè)連接到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的端口1,另一個(gè)連接到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的端口2,這樣可以避免在測(cè)量過(guò)程中對(duì)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出進(jìn)行切換或手動(dòng)反轉(zhuǎn),進(jìn)一步提高測(cè)量精度,從第n個(gè)端口輸入的入射行波會(huì)散射到所有其他端口并發(fā)射出去。如果第m個(gè)端口的行波為BM,則第n個(gè)端口和第m個(gè)端口之間的散射參數(shù)SMN為BM/an。雙端口網(wǎng)絡(luò)具有四個(gè)散射參數(shù)S11、S21、S12和S22。當(dāng)兩個(gè)終端匹配時(shí),S11和S22分別是端口1和2的反射系數(shù),S21是從端口1到端口2的透射系數(shù),S12是相反方向的透射系數(shù)。當(dāng)某一端口的M端失配時(shí),該端口反射的行波將重新進(jìn)入M端口??梢哉J(rèn)為m端口仍然匹配,但是m端口上有一個(gè)行波AM入射。這樣,在任何情況下都可以列出等效入射行波和等效出射行波與各端口散射參數(shù)之間關(guān)系的聯(lián)立方程。在此基礎(chǔ)上,可以求解網(wǎng)絡(luò)的所有特性參數(shù),如輸入反射系數(shù)、駐波比、輸入阻抗和各種前向和后向傳輸系數(shù)。這是網(wǎng)絡(luò)分析儀最基本的工作原理。單端口網(wǎng)絡(luò)可視為雙端口網(wǎng)絡(luò)的特例,其中除S11外,S21=S12=S22。對(duì)于多端口網(wǎng)絡(luò),除了一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口外,所有端口都可以連接到匹配的負(fù)載上,因此相當(dāng)于一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)依次選擇每對(duì)端口作為等效雙端口網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出,進(jìn)行一系列測(cè)量并列出相應(yīng)的方程,可以求解N端口網(wǎng)絡(luò)的所有N2散射參數(shù),得到N端口網(wǎng)絡(luò)的所有特征參數(shù)。圖3顯示了四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量左側(cè)S11時(shí)測(cè)試單元的原理。箭頭表示每個(gè)行波的路徑。信號(hào)源u的輸出信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)S1和定向耦合器D2(即入射波A1)輸入到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的端口1。端口1的反射波(即端口1的輸出波B1)通過(guò)定向耦合器D2和開(kāi)關(guān)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)的測(cè)量通道。同時(shí),信號(hào)源u的輸出通過(guò)定向耦合器D1被發(fā)送到接收機(jī)的基準(zhǔn)信道,并且信號(hào)與A1成比例。因此雙通道幅相接收機(jī)測(cè)量B1/A1,即S11,包括其幅相(或?qū)嵅亢吞摬浚?。在測(cè)量過(guò)程中,網(wǎng)絡(luò)的端口2與匹配負(fù)載R1連接,以滿足散射參數(shù)指定的條件。系統(tǒng)中的另一定向耦合器D3也以匹配負(fù)載R2終止以避免不利影響。其他三個(gè)s參數(shù)的測(cè)量原理與此相同。
在實(shí)際測(cè)量之前,用三個(gè)已知阻抗的標(biāo)準(zhǔn)儀器(如短路、開(kāi)路和匹配負(fù)載)對(duì)儀器進(jìn)行一系列測(cè)量,稱為校準(zhǔn)測(cè)量。通過(guò)將測(cè)量結(jié)果與理想結(jié)果(無(wú)儀器誤差時(shí))進(jìn)行比較,計(jì)算誤差模型中的誤差因子并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中,從而對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差修正。在每個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)和校正。其測(cè)量步驟和計(jì)算非常復(fù)雜,不能滿足人的要求。
上述網(wǎng)絡(luò)分析儀稱為四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀,因?yàn)閮x器有四個(gè)端口,分別與信號(hào)源、被測(cè)部分、測(cè)量通道和測(cè)量參考通道相連。其缺點(diǎn)是接收機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,誤差模型不考慮接收機(jī)產(chǎn)生的誤差。20世紀(jì)60年代中期,出現(xiàn)了一種多功能的微波網(wǎng)絡(luò)分析儀,它能在較寬的頻段內(nèi)進(jìn)行掃描,顯示各種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的模和幅。因此,網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本組成部分實(shí)際上是一個(gè)S參數(shù)測(cè)量?jī)x??驁D如圖2所示。
在測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)后,可以由S參數(shù)導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)的其它特征參數(shù)。因此,微波網(wǎng)絡(luò)分析儀具有多種功能。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,它有一個(gè)信號(hào)發(fā)生器,可以掃描一個(gè)頻段。如果是單端口測(cè)量,在端口上加入激勵(lì)信號(hào),通過(guò)測(cè)量反射信號(hào)的幅度和相位來(lái)確定阻抗或反射,由于分布參數(shù)影響明顯,網(wǎng)絡(luò)分析儀在使用前必須進(jìn)行校準(zhǔn)。
在微波電路的設(shè)計(jì)和計(jì)算中,需要確定元件和器件的所有網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。S參數(shù)(散射參數(shù))用來(lái)描述微波元件和器件的特性,包括微波晶體管。通常,雙端口網(wǎng)絡(luò)需要四個(gè)散射參數(shù)(S11、S22、S12和S21)來(lái)確定它們的總體值。因此,通常采用測(cè)量法來(lái)確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)分析儀是一種能夠在寬帶范圍內(nèi)進(jìn)行掃描測(cè)量,以確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的綜合微波測(cè)量?jī)x器。全名是微波網(wǎng)絡(luò)分析儀。網(wǎng)絡(luò)分析儀是一種新型的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量?jī)x器。它可以直接測(cè)量有源或無(wú)源、可逆或不可逆二端口和單端口網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜散射參數(shù),并給出掃頻模式下各散射參數(shù)的幅度、相位和頻率特性。自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀能逐點(diǎn)修正測(cè)量結(jié)果的誤差,并能轉(zhuǎn)換輸入反射系數(shù)、輸出反射系數(shù)、駐波比、阻抗(或?qū)Ъ{)、衰減(或增益)、相移、群時(shí)延等幾十個(gè)網(wǎng)絡(luò)參數(shù),以及隔離和定位。
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