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天津矢量网络分析仪(VNA)核心知识点

分类:新闻中心 发布时间:2025-12-12 515次浏览

矢量网络分析仪(VNA)核心知识点矢量网络分析仪(Vector Network ...

矢量网络分析仪(VNA)核心知识点

矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer,简称 VNA)是射频 / 微波领域测量网络特性的核心仪器,能够精准表征无源 / 有源射频器件的传输、反射特性,是研发、生产、校准环节的 “黄金测试工具”。

一、核心定义与工作原理

  1. 核心功能测量射频 / 微波网络的散射参数(S 参数),包括幅度、相位、群时延等矢量信息,可完整描述被测件(DUT,如天线、滤波器、放大器、射频线缆)对信号的传输与反射影响。区别于标量网络分析仪仅测幅度,矢量特性使其能同时获取相位信息,支持更复杂的射频特性分析(如阻抗匹配、相位失真、谐振频率)。
  2. 工作原理
    1. 信号发射:内置射频信号源产生扫频信号,分为两路 ——激励信号输入被测件,参考信号直接送入接收机。

    2. 信号接收:接收机采集被测件的反射信号(输入端口)和传输信号(输出端口)。

    3. 矢量运算:将接收信号与参考信号进行幅度、相位对比,计算得到 S 参数,并通过软件处理转化为直观的测试曲线(如史密斯圆图、幅频特性曲线)。

二、核心技术参数(选型关键)

参数类别核心指标指标意义
频率特性频率范围仪器可有效测试的频段区间,决定被测件的适用场景(如 Sub-6GHz 5G 器件、毫米波雷达器件)

频率分辨率扫频时的小频率步进,分辨率越高,对窄带器件(如窄带滤波器)的测试精度越高
幅度特性动态范围可测量的更大信号与小信号的功率比值,动态范围越大,越能检测到微弱的反射 / 传输信号(如大功率放大器的小反射信号)

幅度精度幅度测量值与真实值的偏差,直接影响功率损耗、增益等参数的测试准确性
相位特性相位精度相位测量值与真实值的偏差,对相位敏感器件(如相控阵天线、移相器)至关重要

群时延信号通过被测件的时间延迟,用于分析信号的相位线性度(如通信系统的信号失真评估)
端口特性端口数量常见 2 端口、4 端口,多端口可支持多器件级联测试(如射频组件的集成测试)

端口阻抗标准 50Ω(射频领域)或 75Ω(广电领域),需与被测件阻抗匹配,否则会产生反射误差

三、核心 S 参数解读

S 参数是射频网络的基础参数,下标个数字代表接收端口,第二个数字代表发射端口,以 2 端口网络为例:
  1. S₁₁:输入反射系数,表征输入端口的信号反射程度,反映被测件的阻抗匹配性(值越小,匹配越好,信号损耗越小),对应史密斯圆图的核心测试参数。

  2. S₂₁:正向传输系数,表征信号从输入端口到输出端口的传输能力,对应增益(有源器件) 或插入损耗(无源器件)

  3. S₁₂:反向传输系数,表征信号从输出端口到输入端口的反向传输能力,用于分析器件的隔离度(如放大器的反向隔离)。

  4. S₂₂:输出反射系数,表征输出端口的信号反射程度,反映输出端的阻抗匹配性。

四、关键测试应用场景

  1. 无源器件测试:天线(增益、方向图、阻抗匹配)、滤波器(插入损耗、带内波动、截止频率)、射频线缆(损耗、驻波比)、功分器 / 耦合器(分配比、隔离度)。

  2. 有源器件测试:射频放大器(增益、线性度、饱和功率)、混频器(变频损耗、隔离度)、射频开关(插入损耗、切换速度)。

  3. 系统级测试:射频模组集成测试、雷达射频前端性能验证、5G 基站射频单元(RRU)校准。

五、主流品牌与代表产品

品牌类型代表品牌典型产品产品特点
国际一线品牌是德科技(Keysight)E5071C ENA 系列频率覆盖 9kHz-40GHz,精度高,适配高端研发场景

罗德与施瓦茨(R&S)ZNB 系列多端口配置灵活,支持毫米波扩展,适合复杂射频系统测试

安立(Anritsu)MS4640A 系列高动态范围,适配卫星通信、雷达等领域的高要求测试
国产主流品牌中电科思仪(Ceyear)3672 系列频率覆盖 10MHz-110GHz,性价比高,国产替代核心产品

六、使用注意事项

  1. 校准操作:测试前必须进行校准(如 SOLT 校准:短路 - 开路 - 负载 - 直通),消除线缆、连接器的损耗和反射误差,确保测试精度。

  2. 环境控制:高频段测试(如毫米波)对环境电磁干扰、温度变化敏感,需在屏蔽室或恒温环境下进行。

  3. 功率控制:测试有源器件时,需控制输入功率,避免超出器件的线性工作区间,导致测试结果失真或器件损坏。


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