微波網(wǎng)絡分析儀促進了高頻元件及其設計方法的發(fā)展。

微波網(wǎng)絡分析儀促進了高頻元件及其設計方法的發(fā)展。測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試系統(tǒng)的性能。

回顧過去

20世紀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。一些原始的信號發(fā)生器、功率檢波器和阻抗電橋被用來測量上述元件的傳輸、反射和阻抗特性，使之能制作出成功的系統(tǒng)。為了繪制一個現(xiàn)代史密斯圖(Smith chart)，每次一個頻率要進行數(shù)小時繁瑣的手動調(diào)諧測量。當時的網(wǎng)絡分析儀是掃頻標量分析儀，結合繁瑣的逐點重繪器件的相對相位特性。

到60年代，半導體技術方興未艾�；�于半導體二極管的取樣器成為儀器的基本組成部分。這些取樣器用來對波形取樣，能對信號進行相對幅度和相位測量�；�于返波振蕩器的頻率捷變信號源允許在寬頻率范圍內(nèi)進行測量。能進行掃頻幅度和相位測量的第一臺網(wǎng)絡分析儀是建立在8405型矢量電壓表基礎上的8407*型射頻網(wǎng)絡分析儀。它允許比較兩個波形的幅度和相位，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大到12 GHz的8410網(wǎng)絡分析儀。這是基于通過組合實現(xiàn)網(wǎng)絡分析功能的多個機箱的臺式系統(tǒng)(圖1)。當時，S參數(shù)的概念剛開始流行。它將傳輸、反射和阻抗轉(zhuǎn)化成了能夠迅速測量和觀測的單個圖像。這是高頻設計中的變革，使工程師們能著手用剛開始提供的新型高頻半導體器件進行設計。這些器件的優(yōu)勢具有一定的伸縮性。如果設計和測量手段不能使設計人員最大限度地挖掘這些新器件的潛力，那么它們的應用便可能大打折扣。為了從器件中獲得最佳性能，合理測量的互動和步驟提示有助于推動設計和測量的不斷向前發(fā)展。

到70年代，計算機面市，從而擴大了儀器能力(圖2)。8452自動網(wǎng)絡分析儀應運而生。這種大型三機柜系統(tǒng)為電路設計人員帶來誤差修正數(shù)學處理功能、脈沖測量功能和其它功能�？墒牵�該系統(tǒng)占用了三個儀器機柜�，F(xiàn)代網(wǎng)絡分析儀可以用單一臺式機箱實現(xiàn)所有這些功能。

1976年推出了8505首臺集成的、微處理器控制的網(wǎng)絡分析儀。這類網(wǎng)絡分析儀在一個臺式機箱內(nèi)包含合成信號源、接收機、測試裝置和顯示器，并工作到1.3 GHz。

80年代中期，寬帶固態(tài)信號源，經(jīng)改進的取樣器和微處理器三者的結合，形成三種十分重要的產(chǎn)品，即8510、8753和8720矢量網(wǎng)絡分析儀(VNA)。8510網(wǎng)絡分析儀(圖3)成為微波測量的計量標準，并促成元件設計的許多改進。正當對第一代蜂窩電話的要求不斷提高時，8753網(wǎng)絡分析儀(圖4)走向市場。8753是首次全誤差修正的射頻網(wǎng)絡分析儀。由于它的低價格和強大功能，故很快成為工業(yè)標準。它廣泛用于無線電元件制造中，正如8510和8720成為航空和雷達元件研發(fā)制造中的主要支柱一樣。

與此同時，涌現(xiàn)出了供高頻設計人員使用的首批商用計算機輔助工程(CAE)工具。模擬和測量之間的相互促進，縮短了設計周期并增加了功能。這時涌現(xiàn)出的首款商用微波集成電路曾得到過這種測量和模擬功能的巨大幫助。8720是首批全集成(單機)微波矢量網(wǎng)絡分析儀，它在8542推出之后20年嵌入了8542自動網(wǎng)絡分析儀(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。這是同時具有成本壓力和制造量的第一個高頻用戶市場。網(wǎng)絡分析儀(曾經(jīng)的研發(fā)工具)成為主流制造設備。測量速度變得十分重要。在此期間，推出了84000射頻集成電路(RFIC)測試儀(圖5)。這是一種多功能極快的網(wǎng)絡分析儀。在某些方面，正如70年代8542自動網(wǎng)絡分析儀的情況一樣，這種多機箱集成電路測試系統(tǒng)引入了一些新功能。它們被融入到現(xiàn)在和未來的臺式網(wǎng)絡分析儀中。

當前的技術

自2000以來，射頻和微波器件的集成度急劇提高。新集成度對測試設備提出了新的要求。這便導致網(wǎng)絡分析儀從2端口掃頻測量儀器演變?yōu)榫哂懈鼜V泛能力的網(wǎng)絡分析儀。早在20世紀90年代末，商用射頻元件已開始利用平衡(差動)結構，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)絡分析儀，實現(xiàn)了對這類器件的關鍵改進。圖6示出最新的機型(E5071C)。

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