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”。
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)。
工作原理
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。
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)。
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)。
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:
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。
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)。
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)。
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。
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)。
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)。
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。
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。
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。
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。