一、羅德施瓦茨矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀簡介

羅德施瓦茨矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(Vector Network Analyzer, VNA)是一種高性能的測量儀器,廣泛應(yīng)用于微波和射頻電路的測試和分析領(lǐng)域。它能夠準確測量電路的幅頻特性、相頻特性、阻抗特性等參數(shù),為電路設(shè)計、調(diào)試和優(yōu)化提供重要的測試數(shù)據(jù)支持。

VNA的測量原理是利用矢量信號的幅度和相位信息,通過反射系數(shù)和傳輸系數(shù)的測量,計算出被測電路的S參數(shù),從而得到電路的各種特性參數(shù),包括阻抗、增益、相位等。

二、VNA測量阻抗的原理

VNA測量阻抗的基本原理是利用S參數(shù)與阻抗之間的關(guān)系。在VNA測量中,被測電路可以看作是一個二端口網(wǎng)絡(luò),VNA通過測量該網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù)Γ,就可以計算出該網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗Zin。

根據(jù)S參數(shù)與阻抗的關(guān)系,有:

Γ = (Zin - Z0) / (Zin + Z0)

其中,Z0為系統(tǒng)特性阻抗,通常取50Ω。

通過上式變換可得:

Zin = Z0 * (1 + Γ) / (1 - Γ)

因此,只要測量出反射系數(shù)Γ,就可以計算出被測電路的輸入阻抗Zin。

三、VNA測量阻抗的具體步驟

1. 校準VNA
在進行實際測量之前,需要先對VNA進行校準,消除測量系統(tǒng)本身的誤差。校準過程包括開路、短路和50Ω標準負載的測量。

2. 連接被測電路
將被測電路的輸入端連接到VNA的端口上,確保連接良好,無開路或短路。

3. 設(shè)置VNA測量參數(shù)
根據(jù)被測電路的頻率范圍,設(shè)置VNA的頻率掃描參數(shù),如起始頻率、終止頻率、步進等。同時還需設(shè)置VNA的功率、中頻帶寬等參數(shù)。

4. 測量反射系數(shù)Γ
VNA會自動測量被測電路的反射系數(shù)Γ,并顯示在儀器屏幕上。

5. 計算阻抗Zin
根據(jù)前述公式,將測量得到的反射系數(shù)Γ代入計算,即可得到被測電路的輸入阻抗Zin。

通過上述步驟,VNA就可以準確測量出被測電路在各個頻點下的阻抗特性。這對于電路的匹配設(shè)計、阻抗優(yōu)化等都具有重要意義。

四、VNA測量阻抗的注意事項

1. 校準的重要性
VNA的測量精度很大程度上取決于校準的質(zhì)量,因此校準是VNA測量的關(guān)鍵步驟,需要格外重視。

2. 連接方式的影響
被測電路與VNA端口的連接方式會影響測量結(jié)果,需要確保連接良好,無開路或短路。

3. 測量頻段的選擇
根據(jù)被測電路的工作頻段,選擇合適的VNA測量頻段,避免出現(xiàn)頻率范圍不匹配的問題。

4. 測量環(huán)境的控制
VNA的測量易受環(huán)境因素的影響,如溫度、濕度等,需要盡量控制測量環(huán)境的穩(wěn)定性。

綜上所述,VNA是一種功能強大的微波測試儀器,它能夠準確測量電路的阻抗特性,為電路設(shè)計提供重要的參考數(shù)據(jù)。掌握VNA的測量原理和方法,對于從事微波電路設(shè)計和測試的工程師來說都是非常必要的技能。

審核編輯 黃宇