前言
矢量网络分析(Vector network analyzer 简称 VNA)是一种电磁波测量的测试设备。它既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值,又能测量其相位。可以测量其幅度、相位、延时、史密斯图、极坐标以及驻波比等特性。矢量网络分析仪是一种功能强大,应用广泛的仪器。在天线、微波射频(RF)、电路测试、元器件测试等领域应用十分广泛,被称之为“仪器之王”。因此其价格也非常昂贵。
 
近日,深圳市鼎阳科技有限公司发布了国内首款集频谱分析仪与矢量网络分析仪于一身的 SVA1000X 系列。传统的频谱分析仪和跟踪源配合,只能进行标量网络分析。SVA1000X 内置跟踪源和反射电桥,能够同时扫描幅度和相位,可对射频电路网络进行矢量 S11 和 S21 测量,并以史密斯圆图、极坐标等方式更精确的显示射频电路网络特征。下面我们利用这款高性价比的一体机产品 SVA1015X 来测量一个标称为 48MHz 低通滤波器的矢量网络特性。 
 
校准
S11 校准:矢量网络分析仪的 S11 在出厂前已经经过校准。因此在没有特殊情况下不需要校准。但随着时间及环境的变化,在使用前最好使用厂家提供的校准件进行校准,消除误差。S11 校准总共分为三步。在网络分析功能下进入校准界面并按仪器提示在 Port1 端口依次接入‘open’、‘short’、‘load’载校准件,并锁紧校准件。
 
S21 校准:在测试前需要对线缆及外接部件进行校准以消除其误差。本次测试的低通滤波器只有 48MHz。因此只需校准 10MHz 到 100MHz 即可满足要求。设置初始频率为 10MHz,终止频率 100MHz 后,直接把 PORT1 与 PORT2 外接部件连接,然后进行归一化校准,直至校准完成。如下图。
 
△ 图 1  S21 归一化校准
 
测试
把待测滤波器接入到已经校准的线缆里并锁紧。如图 2。
 
△ 图 2 测试连接
 
评估滤波器质量,可以通过矢量网络分析仪功能测试其幅频特性及驻波比特性来评估。
 
对数幅度:在 S21 测量下,设置显示类型为对数幅度。并根据测量值调整参考电平和刻度。扫描完成后,即可得到滤波器的幅频曲线。如下图所示。
 
△ 图 3 对数幅度曲线
 
对于测得的幅频曲线,我们可以通过光标查看各测试点的测量值。SVA1015X 配备四个光标。因此我们可以同时打开所有光标查看各频点的测量值。通过光标可以得到此滤波器的 -3dB 点在 54MHz 处。54MHz 以上,幅度将快速下降。从测量数据可以看到此滤波器与标称值有 6MHz 的余量。
 
△ 图 4 光标测量幅频曲线
 
评价滤波器的另一个参数是驻波比。在上面的测试中,我们已知滤波器的带宽为 54MHz。在测试其驻波比前,我们只需测试 10MHz 到 55MHz 的驻波。设置好初始频率为 10MHz,终止频率为 55MHz 并归一化校准后,即可测量驻波比。
 
驻波比 在 S11 测量下,设置显示类型为驻波比。并根据测量值调整参考电平和刻度。扫描完成后,可以得到此滤波器的驻波比曲线。同时通过四个光标查看各频点的驻波比,如下图。从图上可以得到,滤波器在超过 48MHz 后,驻波比将显著增大。因此滤波器标称 48MHz 是非常准确且严谨的。
 
△ 图 5 光标测量驻波比
 
在上面的测试中,经过幅频特性及驻波比的结果,得出滤波器 48MHz 的带宽是比较理想的,现在再通过测量相位特性评估其性能。我们将相位分析对象的频段定在 10MHz 到 100MHz。设置好初始频率为 10MHz,终止频率为 100MHz 并归一化校准后,即可测量相位。
 
相位 在 S21 测量下,设置显示类型为相位。并根据测量值调整参考电平和刻度。扫描完成后,可以得到相位曲线。如下图所示
△ 图 6 相位曲线
 
从上图可以看到从 10MHz 到 48MHz(光标 2),相位是线性变化的。在光标 2 后的带外相位已经发生变化,不再是线性。
 
测试结果:通过矢量网络的幅频特性、驻波比特性以及相位特性分析,可以得出,此滤波器的理想带宽为 48MHz。
 
通过以上测量,我们清楚地看到 SVA1015X 作为矢量网络分析仪的功能体现,同时它也是一款性能优异的频谱分析仪。作为一款一体机,其在矢量网络分析功能上支持 S11 和 S21 的线性 / 对数幅度、相位、群延时、史密斯图、极坐标以及驻波比测量,因此它能满足不同应用场合的需求。市面上的矢量网络分析仪,往往价格都比较昂贵,SVA1015X 拥有矢量网络分析仪的功能,价格相对来说却便宜很多,大大为广大用户降低了使用成本。