矢量网络分析仪的历史很悠久,据说最早的VNA是R&S公司在1950年代生产的。
当然在历史的长河中出现了很多精品VNA,例如惠普的HP 8510。
很多人说VNA是射频仪器之王,确实有一定的道理。VNA集成了信号源和接收机,是一个完整的系统。
S参数
最早的VNA说白了就是测试S参数,简答一点说,就是一个2端口或者多端口网络的传输和反射特性。所以,网分有一些先天的特点(你也可以说是缺陷),例如端口的输出功率并不是非常准确,接收机的接收精度也不是很高,但是VNA最初就是测S参数的,或者说他的初心是S参数,S参数是比值,测试比值,只要校准好了,并不是特别关注激励源的绝对功率。当然,现在网分也有功率校准,这个我们后面会提。
混频器
后来网分加入了混频器损耗的测试(或者叫变频增益),现在还可以测试混频器的相位特性,也有人叫Vector Mixer测试(虽然很多人一直没有搞清楚什么是混频器的相位响应,尤老师也说过,不要轻易的说“相位”)。
互调和P1dB
随着有源器件的发展,网分还加入了谐波、互调IMD测试等功能,当然这些需要功率校准。和传统的信号源+频谱仪方式相比,网分可以测试扫频的IMD,除了可以一对双音(two tone)同时往右扫描,还可以对双音间隔(Tone Spacing)进行扫描,得出更详细的器件IMD特性。对功放等设计有了很大的帮助。
很多网分都标配了P1dB功能,而且还有所谓的扫频P1dB功能,即在每个频点都扫描一次功率,得出P1dB的值,在每个频点都扫描一下,即可得出P1dB和频率的曲线。
TDR和眼图
传统TDR是用示波器结合阶跃源完成的,但是这个方案对静电非常敏感,经常容易坏,而且价格也偏高。
大家知道。频域响应做反傅里叶变换就是时域冲击响应,所以现代网分,通过软件计算,把频响可以转换成时域冲击响应,就可以测试传输线的断点、阻抗特性等时域参数。
网分软件还能模拟出一个虚拟的数字源(例如NRZ PAM等),用这个虚拟的源和时序冲击响应做卷积计算,就可以模拟出一个理想信号(当然还可以认为的加入、抖动、噪声、均衡等)经过这个网络之后的时域波形,对这些模拟计算出来的波形做叠加、统计处理,就能生成眼图。
噪声系数
所有用户都希望一次连接,测试完所有参数,比如噪声系数,这个领域PNA-X系列网分的冷源法确实是一个不错的选择,得到广大用户的一致认可。有兴趣的同学可以自行研究。
频谱功能
网分的接收机加了FFT和各种去镜像算法之后,可以实现部分频谱仪功能,不过这个一般也是测试谐波和杂散用的,因为网分的激励源都是CW,所以,频谱仪功能主要就看看谐波和杂散,不要指望能代替单独的频谱仪的。最多也是为了一次连接测试器件的所有指标。
EVM矢量误差幅度
这是一个新东西,当然这个测试的结果还是有一定的争议,毕竟这种方法有其优越性,例如可以去除信号源引入的残余EVM,等等,但是EVM是一个和系统参数有关的指标,而且不同的协议标准对其计算、均衡算法有一定要求。 而且这个方法还是需要外部的矢量信号源,并不是一台网分独立完成。不过这是一个很好的想法。