微波網(wǎng)絡(luò)分析儀促進(jìn)了高頻元件及其設(shè)計(jì)方法的發(fā)展。

微波網(wǎng)絡(luò)分析儀促進(jìn)了高頻元件及其設(shè)計(jì)方法的發(fā)展。測(cè)量電路和器件的傳輸、反射和阻抗特性的能力使工程師們能優(yōu)化放大器、變頻器、信號(hào)分離和濾波器件以及其它元件的性能。通信和國防系統(tǒng)的性能主要取決于這些元件及其測(cè)試系統(tǒng)的性能。

回顧過去

20世紀(jì)40年代和50年代，大多數(shù)高頻通信系統(tǒng)都采用電子管(速調(diào)管、磁控管)和調(diào)幅(AM)或調(diào)頻(FM)技術(shù)。一些原始的信號(hào)發(fā)生器、功率檢波器和阻抗電橋被用來測(cè)量上述元件的傳輸、反射和阻抗特性，使之能制作出成功的系統(tǒng)。為了繪制一個(gè)現(xiàn)代史密斯圖(Smith chart)，每次一個(gè)頻率要進(jìn)行數(shù)小時(shí)繁瑣的手動(dòng)調(diào)諧測(cè)量。當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)分析儀是掃頻標(biāo)量分析儀，結(jié)合繁瑣的逐點(diǎn)重繪器件的相對(duì)相位特性。

到60年代，半導(dǎo)體技術(shù)方興未艾�；�于半導(dǎo)體二極管的取樣器成為儀器的基本組成部分。這些取樣器用來對(duì)波形取樣，能對(duì)信號(hào)進(jìn)行相對(duì)幅度和相位測(cè)量�；�于返波振蕩器的頻率捷變信號(hào)源允許在寬頻率范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。能進(jìn)行掃頻幅度和相位測(cè)量的第一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)分析儀是建立在8405型矢量電壓表基礎(chǔ)上的8407*型射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀。它允許比較兩個(gè)波形的幅度和相位，但只能工作到110 MHz。

1967年，HP公司(Agilent Technologies的前身)推出了將掃頻能力擴(kuò)大到12 GHz的8410網(wǎng)絡(luò)分析儀。這是基于通過組合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析功能的多個(gè)機(jī)箱的臺(tái)式系統(tǒng)(圖1)。當(dāng)時(shí)，S參數(shù)的概念剛開始流行。它將傳輸、反射和阻抗轉(zhuǎn)化成了能夠迅速測(cè)量和觀測(cè)的單個(gè)圖像。這是高頻設(shè)計(jì)中的變革，使工程師們能著手用剛開始提供的新型高頻半導(dǎo)體器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。這些器件的優(yōu)勢(shì)具有一定的伸縮性。如果設(shè)計(jì)和測(cè)量手段不能使設(shè)計(jì)人員最大限度地挖掘這些新器件的潛力，那么它們的應(yīng)用便可能大打折扣。為了從器件中獲得最佳性能，合理測(cè)量的互動(dòng)和步驟提示有助于推動(dòng)設(shè)計(jì)和測(cè)量的不斷向前發(fā)展。

到70年代，計(jì)算機(jī)面市，從而擴(kuò)大了儀器能力(圖2)。8452自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀應(yīng)運(yùn)而生。這種大型三機(jī)柜系統(tǒng)為電路設(shè)計(jì)人員帶來誤差修正數(shù)學(xué)處理功能、脈沖測(cè)量功能和其它功能�？墒�，該系統(tǒng)占用了三個(gè)儀器機(jī)柜�，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀可以用單一臺(tái)式機(jī)箱實(shí)現(xiàn)所有這些功能。

1976年推出了8505首臺(tái)集成的、微處理器控制的網(wǎng)絡(luò)分析儀。這類網(wǎng)絡(luò)分析儀在一個(gè)臺(tái)式機(jī)箱內(nèi)包含合成信號(hào)源、接收機(jī)、測(cè)試裝置和顯示器，并工作到1.3 GHz。

80年代中期，寬帶固態(tài)信號(hào)源，經(jīng)改進(jìn)的取樣器和微處理器三者的結(jié)合，形成三種十分重要的產(chǎn)品，即8510、8753和8720矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)。8510網(wǎng)絡(luò)分析儀(圖3)成為微波測(cè)量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，并促成元件設(shè)計(jì)的許多改進(jìn)。正當(dāng)對(duì)第一代蜂窩電話的要求不斷提高時(shí)，8753網(wǎng)絡(luò)分析儀(圖4)走向市場(chǎng)。8753是首次全誤差修正的射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀。由于它的低價(jià)格和強(qiáng)大功能，故很快成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它廣泛用于無線電元件制造中，正如8510和8720成為航空和雷達(dá)元件研發(fā)制造中的主要支柱一樣。

與此同時(shí)，涌現(xiàn)出了供高頻設(shè)計(jì)人員使用的首批商用計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)工具。模擬和測(cè)量之間的相互促進(jìn)，縮短了設(shè)計(jì)周期并增加了功能。這時(shí)涌現(xiàn)出的首款商用微波集成電路曾得到過這種測(cè)量和模擬功能的巨大幫助。8720是首批全集成(單機(jī))微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，它在8542推出之后20年嵌入了8542自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀(ANA)的大多數(shù)功能。

90年代，無線電器件的發(fā)展經(jīng)歷了巨大繁榮。這是同時(shí)具有成本壓力和制造量的第一個(gè)高頻用戶市場(chǎng)。網(wǎng)絡(luò)分析儀(曾經(jīng)的研發(fā)工具)成為主流制造設(shè)備。測(cè)量速度變得十分重要。在此期間，推出了84000射頻集成電路(RFIC)測(cè)試儀(圖5)。這是一種多功能極快的網(wǎng)絡(luò)分析儀。在某些方面，正如70年代8542自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀的情況一樣，這種多機(jī)箱集成電路測(cè)試系統(tǒng)引入了一些新功能。它們被融入到現(xiàn)在和未來的臺(tái)式網(wǎng)絡(luò)分析儀中。

當(dāng)前的技術(shù)

自2000以來，射頻和微波器件的集成度急劇提高。新集成度對(duì)測(cè)試設(shè)備提出了新的要求。這便導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)分析儀從2端口掃頻測(cè)量?jī)x器演變?yōu)榫哂懈鼜V泛能力的網(wǎng)絡(luò)分析儀。早在20世紀(jì)90年代末，商用射頻元件已開始利用平衡(差動(dòng))結(jié)構(gòu)，以充分利用較低的功率要求和更高的隔離度。2001年，推出了4端口E5071AENA網(wǎng)絡(luò)分析儀，實(shí)現(xiàn)了對(duì)這類器件的關(guān)鍵改進(jìn)。圖6示出最新的機(jī)型(E5071C)。

這樣便提供了模擬的平衡－不平衡和混合模S參數(shù)，將平衡式測(cè)量完全引入射頻領(lǐng)域，到2006年，對(duì)平衡測(cè)量的測(cè)試需求向微波領(lǐng)域延伸，利用PNA系列中的解決方案能提供高達(dá)67 GHz的這種能力。無疑，需要將這些技術(shù)擴(kuò)展到更高的頻率。