图:用矢量网络分析仪测一台信号源的输出阻抗,此时信号源正在进行扫频工作,可以明显的看到信号源的输出对矢网的干扰(尖峰),事实上阻抗也不正确(圆环状曲线半径变大了)–科创仪表局供图
不论是标量网络分析仪还是矢量网络分析仪,都有两种不同的类型:直接检波和基于跟踪接收机的中频检波。直接检波方式结构简单,成本低廉,目前的标量网络分析仪还在大量使用,只有高档的标量网络分析仪才采用中频检波。习惯上,采用直接检波的标量网络分析仪又被称作扫频仪。在矢量网络分析仪中,中频检波已经成为标准方式。混频并不会丢失相位信息,同时能够用中频滤波器滤掉信号源的谐波带来的变频产物,仅仅把有用信号提取出来。因此使用中频检波能够大幅度提高网络分析仪的动态范围,降低对信号源纯净度的要求。
再回来看看天线分析仪。采用直接检波的天分有一个严重的弊端:如果待测天线已经架设到开阔的地方,来自空中的电波信号会和反射波一起进入仪器的检波器。如果空中的信号很强,就可能掩盖掉天线本身的反射波。在测试短波天线、宽带天线时,这种现象非常明显,甚至在大多数情况下无法测试。解决该问题的常用办法是提高仪器的输出强度,使反射波的强度远大于天线接收到的信号。一般仪器能达到的输出强度顶多20dBm,实践证明对于架在城市楼顶的宽带短波天线而言,仍然显得太小。这一问题的最终解决,还是得采用中频检波。
带跟踪源的频谱仪是一种典型的采用窄带中频检波的两端口网络分析仪。它的测试原理和采用中频检波的高档标量网络分析仪相比没有特别的不同,如果一定要找出区别,通常体现在这几方面:频谱仪具有性能更好的接收装置,一般来说具有良好的干扰抑制能力和更高的灵敏度;频谱仪的中频滤波器形式与某些标网可能不同,标网可以使用矩形滤波器;频谱仪的跟踪源输出幅度一般来说都很低,而高档标网常常做到10dBm,与接收机增加的动态范围相比,因为跟踪源幅度较小而损失的动态范围往往更多。频谱仪一般不具备混频器测试功能,在曲线的归一校准等方面,功能也没有网络分析仪强大。当然事无绝对,现代仪器的发展方向是面向用户需求提高综合解决手段,具备完善标网功能的频谱仪早已面世;在手持式频谱仪中,可以选配双端口矢网功能的仪器也能买到了。
标量网络分析仪能够满足无线电爱好者的一般需求,例如调试天线、滤波器、双工器、放大器、分路器和检查馈线的损耗等,灵活应用,还能扩展一些用途。矢量网络分析仪能够从相位信息中提取出有用的复阻抗参数,对于匹配放大器的输入输出级、DIY新型天线等多种工作具有更大的指导意义,因此更适合于各种研究开发目的。选择什么样的仪器主要依据测试目的而定,当然与预算也有很大关系。如果您的测试必须了解准确的相位及其衍生数据,就必须选用矢量仪器,同时也就意味着需要增加预算。
作者:刘虎,发表于《专业无线电通信》杂志