段，校准结束。 测试时，换接待测负载，测出扫频范围内每个频点幅相接收机的幅度和相位输出，并
与校准阶段所得对应频率上的幅度和相位比较，即可得 L (s11、s22 ) 的测量结果。
扫频 信号源
参考通道 R 幅
相
显
接
示
测试通道 收
器
A机
校准件
待测件 ΓL、S11、S22
扫频 信号源
参考通道 R 幅
相
显
ΓL
Γ M EDF ESF ( Γ M EDF )
ERF
(5.2-4a)
测量双口网络反射参数 S11（或 S22）的误差源，除上述三项之外，还有匹配负载的剩
余反射一项，称为失配误差(ELF)。其误差模型于图 5.2-3b。由信号流图求出 S11（或 S22）
的测量值 S11M 为
S11M
EDF
接
示
测试通道 收
器
A机
校准件
待测件 ΓL、S11、S22
(a)双定向耦合器式
(b)单定向耦合器式
图 5.2-2 网络分析仪反射参数测量线路
二、反射参数的误差模型及其校正方法
测量单口网络反射系数的误差源主要有三项：
(1) 如果在端口 T1 接上全匹配负载( Γ L =0)，仍能测出反射。其原因是：(a) 在接收机中
则频率改变时测量数据会出现明显的起伏。由这个起伏引起的误差称为跟踪误差(ERF)。 (3) 等效源失配误差(ESF)。它是由于测试装置的端口 T1 不完全匹配(含信号源失配)而多次 反射引起的误差。综上得出:
EDF ≈测试通道定向耦合器的有限方向性; ERF ≈定向耦合器、接收器的频率跟踪误差； ESF ≈等效源失配误差。 把这三项误差用信号流图的形式表示出来称为误差模型(图 5.2-3)。由信号流图解出反射系
参考通道的信号泄漏到测试通道中去；(b) 测试通道定向耦合器的有限方向性。这两种误
差称为串话误差(EDF)。一般的泄漏项总在 80dB 以上，而同轴定向耦合器的方向性一般不 优于 40dB，所以测试通道定向耦合器对串话误差贡献最大，它的方向性越差，这个误差的
数值越大。
(2) 如果定向耦合器耦合臂的振幅和相位的频率响应不跟踪或接收机的两个通道不跟踪，
参考通道 R
F
S11←F 位置 S12←R 位置
测试通道 I
正向
T1
待测
SW
网络
T2
反向
S21←F 位置 S22←R 位置
测试通道 II
自动矢量网络分析仪是一种多功能的测量装置，它既能测量反射参数和传输参数，也 能自动转换为其他需要的参数；既能测量无源网络，也能测量有源网络；既能点频测量， 也能扫频测量；既能手动也能自动；既能荧光屏显示也能保存数据或打印输出。它是当前 较为成熟而全面的一种微波网络参数测量仪器。
微波元器件性能的描述，一般采用散射参数，如双口网络有 S11、S21、S12 和 S22 四个 参数，它们通常都是复量。而网络分析仪正是直接测量这些参数的一种仪器，又能方便地 转换为其它多种形式的特性参数。因此网络分析仪大大扩展了微波测量的功能和提高了工 作效率。
器
A机
a1
b2
待测件
(a) 单定向耦合器式
(b) 功分器式
图 5.2-4 用网络分析仪测量传输参数 S21(或 S12)的连接线路
二、传输参数的误差模型 测量传输参数的误差源有三项：(1) 隔离误差(串话误差)EXF：如果在测试装置的端口 T1
和 T2 分别接入匹配负载，而在接收机上仍测出某一传输信号，称为该系统的隔离误差(串 话误差)EXF。(2) 跟踪误差 ETF：如果输出振幅和两条通道的电长度随频率变化，而又不能 跟踪，在传输测量中将出现明显波纹，称为跟踪误差 ETF。(3) 失配误差 ESF、ELF：分别是 测量装置的端口 T1、T2 不匹配引起的测量误差。
a0 ΓLM
b0 T0
入射信号
S21
EDE
ESF
ΓL
ERF
T
EDE ESF
S11 S22
ELF
S11M
T0
ERF
T1
S12
T2
(a)测量的误差模型
(b)测量 S11(S22)的误差模型
图 5.2-3 测量反射参数时的误差模型 (端口 T0 是虚设的)
串话误差 EDF 可以用一个匹配负载分离出来。方法是：把匹配负载接在测试装置的输 出口 T1，这时式(5.2-1)近似为 ΓM ≈EDF，故此时测出的反射系数就是 EDF。
5.2-1 幅相接收机框图
幅相接收机的方案很多，有外差混频式，取样变频式，单边带式和调制副载波式等。 这里介绍取样变频式幅相接收机的基本原理。
幅相接收机的方框图示于图 5.2-1。由定向耦合器取样的入射波和反射波，分别送入幅 相接收机的参考通道和测试通道。经取样变频器向下变换到恒定不变的中频 fIF(20.278MHz)，再经过第二混频器，变换到低频 (278kHz)，得到待显示信号。要求频率 变换过程是线性的，即不能改变原来微波信号的相位信息和振幅信息。
为了扩展频段，用窄脉冲发生器代替常规本振，用取样门代替常规混频器(取样变频器)。 窄脉冲发生器产生一系列宽度很窄的脉冲。如果每个窄脉冲的宽度窄到与所用信号的周期 可以比较，则取样门就等效为谐波混频器。因此，一个单独系统就能工作在 110MHz 到 l2.4GHz 的信号带宽以上。一般谐波混频器有较低的噪声系数和较大的动态范围。
关于 ESF和 ERF的求法，可采用在 T1面分别接以短路器和开路器的方法求出。即短路时， 测量值为
ΓM2
E DF
(1)ERF 1 (1)ESF
(5.2-2)
开1 (1)ESF
(5.2-3)
由式（5.2-2）和（5.2-3）解出 ERF 和 ESF。把求出的 EDF，ERF 和 ESF 代入式（5.2-1），求出 待测反射系数的校正值为
S11ERF (1 S22 ELF ) S21S12 ELF ERF (1 S11ESF )(1 S22 ELF ) S S 21 12 ESF ELF
(5.2-4b)
当 S21S12 很小时，匹配负载失配误差是个小量，可以忽略，则式（5.2-4b）简化为
S11M
EDF
S11ERF 1 S11ESF
第五章 矢量网络分析仪的原理
5.1 引 言
微波矢量网络分析仪是对微波网络参数进行全面测量的一种装置。其早期产品是阻抗 图示仪，随着扫频信号源和取样混频器技术上的突破，微波网络分析仪得到了迅速发展。 但其出现初期一段相当长的时间内一直处于手动状态。直到 20 世纪 60 年代，将计算机应 用于测量技术，才出现了全自动的网络分析仪---自动网络分析仪。
准。直到扫完整个频段，校准结束。 测量时，在测试通道中插入待测元件，记录扫频范围内每个频点幅相接收机的幅度和
相位输出，并与校准阶段所得对应频率上的幅度和相位比较，即可得 s21 的测量结果。
参考通道 R 幅
相
显
接
示
测试通道 收
器
A机
扫频 信号源
a1
b2
待测件
扫频 信号源
参考通道 R 幅
相
显
接
示
测试通道 收
S11S 22 ESF ELF
(5.2-8)
隔离误差 EXF 通常是很小的，一般小于-80dB，约如系统噪声一样的低电平，所以只有在测 量高衰减时才产生大的影响。跟踪误差 ETF 在传输测量中产生百分比误差。关于失配误差 ESF、ELF，如果待测器件的 S11 和 S22 都很小。由 ESF、ELE 引入的误差也小。反之，失配误 差就大。
测试信号
20.278MHz
取样门
AGC
电子调谐门控 信号发生器
相位锁 定系统
取样门
AGC
参考信号
20.278MHz
第二 278KHz 检波器
混频器
模值输出
对数 变换器 对数输出
第二 限幅器 本振
相位 检测
第二 278KHz
混频器
相位基准
相位输出
图 5.2-1 取样变频式幅相接收机方框图
由于频率的变换过程是线性的，所以两条通道的中频 (20.278MHz)保持着测试信号与 参考信号之间的振幅和相位的相对关系。自动增益控制(AGC)放大器使参考通道电平稳定， 并能防止两条通道电平共模变化时，所引起测试通道的改变，而使测试通道电平归一到参 考通道电平上。
扫频工作中，锁相环路使本振频率同步地调谐到参考通道的信号频率上。当未被锁定 时，它前后调谐可以跨越倍频程。当 nf 本振-f 参考=20.278MHz 时，锁相环停止搜索处锁 定状态(约用 20μs)，保持中频恒定不变。锁相环维持锁定的扫描速率可高达 220GHz/s(在 8~12.4GHz 的范围，每秒可扫 30 次)。
上述误差在点频测量时可以减小或校正，方法是：首先在端口 T1、T2 分别接匹配负载， 使 S12=S21=0 代入式(5.2-8)，有 S21M=EXF，测出隔离误差 EXF(有时它和噪声混在一起难于分 辨)。然后校准跟踪误差 ETF，把 T1 和 T2 对接，S12=S21=1，由(5.2-8)得 S21M≈EXF+ETF，即 可解出 ETF。
5.2-4 四个 S 参数的测量装置及误差模型
图 5.2-12 示出四个 S 参数(S11、S21、S12、和 S22)的测量装置，通过转换开关 SW1 和 SW2 来选择欲测之量。
微波 信号源
正向
T1
待测 网络
反向
T2
参考通道
SW1
衰
匹配
测试通道 衰
减
负载
减
器
器
SW2
图 5.2-12 测量 S11、S12、S21、S22 的测量装置