今天，我們將了解網絡分析儀的關鍵參數，包括：

1. 頻率范圍

2. 動態范圍

3. 輸出功率

4. 端口數

5. 跡線噪聲

6. 掃描時間

矢量網絡分析儀既是信號發生器，又是信號接收器，因此，雖然這六項規格肯定無法完全涵蓋所有內容，但它們提供了您開始尋找完美矢量網絡分析儀 (VNA) 所需的背景信息。

為什么要關注矢量網絡分析儀的頻率范圍？

您可能會猜想，矢量網絡分析儀 (VNA) 的頻率范圍很重要，因為它可以讓您測試待表征設備的整個頻率范圍。您是對的。如果您測試寬帶組件，例如高速數字系統中的組件，那么您需要 VNA 的寬帶覆蓋范圍。雖然“寬帶”沒有嚴格的定義，但在這種情況下，可以考慮從低兆赫到千兆赫的頻率范圍。

如果您的被測設備 (DUT) 工作在特定頻段，例如最高 6 GHz，那么您就需要一臺頻率至少能達到 6 GHz 的矢量網絡分析儀 (VNA)。實際上，對于 6 GHz 的放大器，工程師通常喜歡查看 DUT 工作頻段之外的雜散諧波。這樣做有助于他們設計或選擇具有必要阻帶衰減的濾波器。因此，對于工作頻率為 6 GHz 的放大器，工程師可能會分析到 12 GHz 或 18 GHz。

考慮到這一點，您是否應該始終購買最高頻率的矢量網絡分析儀 (VNA)？67 GHz 的最高頻率顯然比 3 GHz 的最高頻率每次都好得多，對吧？好吧，我知道每個工程專業的學生都討厭這個答案，但是……這要視情況而定。我知道，我很抱歉，請允許我解釋一下。

高頻率意味著高成本。因此，您應該只為您需要的頻率范圍付費。如果您正在開發先進的毫米波 (mmWave) 系統，甚至是亞太赫茲技術，那么投資高頻設備是值得的。但是，如果您并非處于市場前沿，那么您可能不需要最高的頻率覆蓋范圍。簡單來說，這里有一個通用的經驗法則：在選擇所需的矢量網絡分析儀 (VNA) 頻率范圍時，請選擇最大頻率至少為待測設備 (DUT) 最大工作頻率三到五倍的網絡分析儀。

為什么要關注矢量網絡分析儀的動態范圍？

工程師將測量待測設備 (DUT) 響應的功率范圍稱為動態范圍。

圖 1 顯示了兩種不同的動態范圍規格。系統動態范圍是用于儀器規格的數值。

系統動態范圍表示儀器在沒有功率放大器或待測設備 (DUT) 增益的情況下的功率能力。儀器的最大源功率或輸出功率是最大功率水平（Pref）。

接收器動態范圍是儀器在功率放大的情況下的動態范圍。該規范不是使用源功率作為最大功率水平，而是基于儀器接收器可以測量的最大功率 Pmax。

圖 1：系統和接收機動態范圍的視覺比較。

本質上，動態范圍在信號規格中體現了矢量網絡分析儀 (VNA) 的輸出功率和接收機本底噪聲能力。為什么需要關注這一點？假設您正在表征一個濾波器。您希望在同一臺儀器上同時查看通帶和阻帶響應。這意味著網絡分析儀接收機的本底噪聲必須足夠低，以便您能夠在濾波器輸出功率非常低的情況下可靠地測量阻帶響應。

這個概念也適用于測試放大器等高增益設備。如果您測量高增益放大器的 S 參數，則需要使用低輸入功率，以便在高增益放大器可能部署的低輸入功率下進行**測試（這也有助于避免輸出功率水平損壞 VNA）。但這意味著您的 S11 測量結果將具有較低的信噪比 (SNR)。在這種低 SNR 情況下，較低的接收機本底噪聲將很有幫助，這樣您仍然可以捕捉到低功率響應。

可以這樣想，出于同樣的原因，您需要一個足夠高的頻率范圍來捕獲 DUT 的工作頻率和 5 階諧波，您還需要一個高動態范圍，以便您的 VNA 能夠檢測到低功率信號。

為什么要關注輸出功率？

輸出功率表示矢量網絡分析儀 (VNA) 能夠向被測器件 (DUT) 發送的最大功率。它以 dBm 為單位，參考 50 歐姆阻抗，以匹配大多數射頻傳輸線的特性阻抗。

工程師重視高輸出功率，因為它有助于提高測量信噪比 (SNR)。它還能幫助工程師確定被測器件 (DUT) 的壓縮極限。

許多有源器件（例如放大器）需要進行具有挑戰性的線性和非線性高功率測量，這些測量超出了網絡分析儀的功率極限。在這種情況下，您可以將專用信號發生器連接到矢量網絡分析儀 (VNA) 的背板，并為器件提供所需的功率。

跡線噪聲是指由于測試系統中的隨機噪聲而疊加在被測器件 (DUT) 響應上的噪聲。跡線噪聲越高，信號看起來就越不平滑，甚至會出現抖動（圖 2）。

圖 2：應用平均前的跡線噪聲。

工程師可以通過增加測試功率（降低接收機帶寬）或掃描平均（圖 3）來降低跡線噪聲。過去，由于網絡分析儀合成器方案差異很大，跡線噪聲更令人擔憂，然而，大多數現代矢量網絡分析儀 (VNA) 的跡線噪聲都非常低。

圖 3：應用平均后的跡線噪聲。

為什么要關心矢量網絡分析儀的端口數量？

您的矢量網絡分析儀 (VNA) 至少需要與被測器件 (DUT) 數量相同的端口。在網絡分析的早期階段，所有測量都集中在 2 端口 S 參數上。隨著 VNA 功能的擴展，能夠測試功率分配器、混頻器、差分器件等，這推動了 4 端口 VNA 的發展。如今，許多組件將多種功能集成到單個組件中。這些組件上的端口數量隨著設備的復雜性而不斷增加。工程師將端口數超過 4 的設備稱為多端口設備。

圖 4：器件端口數量會隨著器件復雜度的增加而不斷增加。

通常，多端口測量適用于以下情況：

待測器件 (DUT) 有多個路徑穿過；
需要同時測量多個待測器件；
以上兩種情況兼而有之。

對于多路徑情況，可以想象一個發射/接收 (T/R) 模塊，其中既有發射路徑，也有接收路徑。或者，一個發射機使用多個不同的通道。每個通道都有各自的發射路徑，每個路徑的頻率都不同。每條路徑都意味著需要測試另一個端口。

為什么要關注矢量網絡分析儀的點掃描時間？

掃描時間體現了矢量網絡分析儀 (VNA) 進行測量的速度。總而言之：越快越好。

生產工程師非常關心這項規格，因為他們必須以與制造速度相同的速度測試大量被測器件。畢竟，時間就是金錢。 然而，設計和開發工程師也關心掃描時間。試想一下。您是否愿意等待幾分鐘才能解析搜索結果或加載網頁？每一次都如此。不想嗎？射頻開發人員也不想每次需要進行測量時都等待。 所有測試都必須提前進行——一旦衛星發射……就很難再恢復。 不僅測試工作量很大，而且所有測試都必須在發射前完成，因此工程師必須在截止日期前完成所有測量。 由于衛星部署在外太空，開發人員需要將測試環境保持在非常特殊、高度可控的條件下，這成本極其高昂。 可以想象，考慮到這些限制，衛星開發人員將測試速度視為至關重要的因素。較慢的測試會浪費寶貴的時間和金錢。

結論

工程師在挑選理想的矢量網絡分析儀 (VNA) 時，會評估一系列規格參數。但您真正需要的只是以下六個關鍵規格參數：

· 頻率范圍
· 動態范圍
· 輸出功率
· 端口數量
· 跡線噪聲
· 掃描時間