一、羅德施瓦茨矢量網絡分析儀簡介

羅德施瓦茨矢量網絡分析儀(Vector Network Analyzer, VNA)是一種高性能的測量儀器,廣泛應用于微波和射頻電路的測試和分析領域。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,為電路設計、調試和優化提供重要的測試數據支持。

VNA的測量原理是利用矢量信號的幅度和相位信息,通過反射系數和傳輸系數的測量,計算出被測電路的S參數,從而得到電路的各種特性參數,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參數與阻抗之間的關系。在VNA測量中,被測電路可以看作是一個二端口網絡,VNA通過測量該網絡的反射系數Γ,就可以計算出該網絡的輸入阻抗Zin。

根據S參數與阻抗的關系,有:

Γ = (Zin - Z0) / (Zin + Z0)

其中,Z0為系統特性阻抗,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. 設置VNA測量參數
根據被測電路的頻率范圍,設置VNA的頻率掃描參數,如起始頻率、終止頻率、步進等。同時還需設置VNA的功率、中頻帶寬等參數。

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

5. 計算阻抗Zin
根據前述公式,將測量得到的反射系數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計、阻抗優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量,因此校準是VNA測量的關鍵步驟,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
根據被測電路的工作頻段,選擇合適的VNA測量頻段,避免出現頻率范圍不匹配的問題。

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

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,為電路設計提供重要的參考數據。掌握VNA的測量原理和方法,對于從事微波電路設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