頻譜矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀操作：怎么同時(shí)測(cè) S 參數(shù)和頻譜

在頻譜矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（如Keysight PNA/PNA-X系列或R&S ZVA/ZNB系列等具備頻譜分析功能的VNA）上同時(shí)測(cè)量S參數(shù)和頻譜純度，關(guān)鍵在于利用儀器的“多窗口”或“多通道”功能以及“觸發(fā)聯(lián)動(dòng)”機(jī)制。以下是實(shí)現(xiàn)“兩步聯(lián)動(dòng)設(shè)置”的清晰步驟：

第一步：建立基礎(chǔ)S參數(shù)測(cè)量通道

1. 連接與校準(zhǔn)：

* 將待測(cè)器件（DUT）正確連接到VNA的測(cè)試端口（如Port 1和Port 2）。

* 執(zhí)行完整的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)（如SOLT校準(zhǔn)），確保S參數(shù)測(cè)量（如S11, S21）的精度。這是網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)。

2. 配置S參數(shù)測(cè)量：

* 設(shè)置起始頻率、終止頻率和所需的點(diǎn)數(shù)（或中頻帶寬IF BW）。例如，設(shè)置掃描范圍為1 GHz到10 GHz。

* 選擇要測(cè)量的S參數(shù)（如S21用于增益/損耗，S11用于輸入回波損耗）。

* 調(diào)整顯示格式（如對(duì)數(shù)幅度dB，相位，史密斯圓圖等）。

* 將此配置保存為一個(gè)測(cè)量通道（例如，Channel 1）。

第二步：添加并聯(lián)動(dòng)頻譜純度測(cè)量窗口

3. 添加頻譜分析儀窗口/通道：

* 在儀器界面上，選擇添加一個(gè)新的“窗口”（Window）或新的“測(cè)量通道”（Measurement Channel）。現(xiàn)代VNA通常允許在一個(gè)界面上顯示多個(gè)獨(dú)立的測(cè)量視圖。

* 將這個(gè)新窗口/通道配置為頻譜分析儀模式（Spectrum Analyzer Mode）。這通常在測(cè)量類型（Measure Type）或模式（Mode）菜單中明確選擇。

4. 配置頻譜測(cè)量參數(shù)：

* 中心頻率/跨度： 設(shè)置頻譜分析的中心頻率。為了實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，不要直接輸入固定值。關(guān)鍵操作是：將中心頻率設(shè)置為與S參數(shù)測(cè)量通道的當(dāng)前掃描頻率聯(lián)動(dòng)。具體操作可能稱為：

* “Link to Channel X Frequency” (鏈接到通道X頻率)

* “Use Source as LO” (使用源作為本振 - 更底層的方式)

* “Frequency Coupled to Channel X” (頻率耦合到通道X)

* 設(shè)置合適的分辨率帶寬（RBW）和視頻帶寬（VBW）： RBW決定了頻譜分辨細(xì)節(jié)的能力和掃描速度（RBW越小，分辨率越高，掃描越慢）。VBW用于平滑顯示。根據(jù)待測(cè)信號(hào)和需要觀察的雜散/噪聲水平設(shè)置（例如，RBW=10 kHz或100 kHz）。

* 參考電平（Ref Level）： 設(shè)置頻譜圖的垂直刻度頂部對(duì)應(yīng)的功率電平，確保主信號(hào)和感興趣的雜散都能清晰顯示在屏幕上，不飽和也不過(guò)低。通常需要根據(jù)DUT輸出功率預(yù)估設(shè)置。

* 衰減器（Attenuator）： 如果輸入信號(hào)較大，可能需要設(shè)置輸入衰減器，防止損壞接收機(jī)或產(chǎn)生失真。

* 檢波器（Detector）： 選擇合適的檢波器（如正峰值Peak，取樣Sample，平均值A(chǔ)verage）用于顯示。

* 標(biāo)記（Markers）： 在頻譜圖上放置標(biāo)記，測(cè)量主信號(hào)功率、特定雜散頻率的功率、噪聲基底等。計(jì)算諧波失真（如HD2, HD3）、雜散動(dòng)態(tài)范圍（Spur Free Dynamic Range）等。

5. 設(shè)置觸發(fā)聯(lián)動(dòng)（關(guān)鍵步驟）：

* 找到觸發(fā)（Trigger）設(shè)置菜單。

* 將頻譜分析窗口/通道的觸發(fā)源（Trigger Source）設(shè)置為“外部”（External）或“通道X”（Channel X）或“源觸發(fā)”（Source Trigger）。 這意味著頻譜測(cè)量的掃描不是由自身啟動(dòng)，而是由S參數(shù)測(cè)量通道的掃描觸發(fā)信號(hào)來(lái)控制。

* 確保S參數(shù)測(cè)量通道（Channel 1）的觸發(fā)模式（Trigger Mode）設(shè)置為“連續(xù)”（Continuous）或“單次”（Single），并處于運(yùn)行狀態(tài)。 它將是主觸發(fā)源。

* 聯(lián)動(dòng)效果： 當(dāng)S參數(shù)通道開(kāi)始一次頻率掃描時(shí)（例如從1 GHz掃到10 GHz），它會(huì)發(fā)出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)（通常是每個(gè)頻率點(diǎn)或每個(gè)掃描步進(jìn)開(kāi)始時(shí)）。這個(gè)觸發(fā)信號(hào)會(huì)同步啟動(dòng)頻譜分析窗口的一次掃描。由于頻譜窗口的中心頻率已聯(lián)動(dòng)到S參數(shù)通道的當(dāng)前掃描頻率，頻譜分析窗口將始終聚焦在S參數(shù)當(dāng)前正在測(cè)量的那個(gè)頻率點(diǎn)上。這樣，隨著S參數(shù)掃描的進(jìn)行，頻譜窗口會(huì)實(shí)時(shí)地、步進(jìn)地顯示每個(gè)頻率點(diǎn)上DUT輸出信號(hào)的頻譜純度。

總結(jié)與要點(diǎn)

* 核心聯(lián)動(dòng)機(jī)制：

1. 頻率聯(lián)動(dòng)： 頻譜窗口的中心頻率動(dòng)態(tài)跟蹤S參數(shù)掃描的瞬時(shí)頻率。

2. 觸發(fā)聯(lián)動(dòng)： 頻譜窗口的掃描啟動(dòng)由S參數(shù)掃描的步進(jìn)觸發(fā)信號(hào)同步控制。

* 結(jié)果： 在S參數(shù)通道顯示S21幅度（增益）隨頻率變化曲線的同時(shí)，頻譜窗口會(huì)同步顯示每個(gè)頻率點(diǎn)（或掃描步進(jìn)點(diǎn)）上DUT輸出信號(hào)的頻譜圖。你可以清晰地看到在不同工作頻率下，DUT輸出信號(hào)的諧波、雜散、相位噪聲邊帶等頻譜純度指標(biāo)。

* 應(yīng)用場(chǎng)景： 這種方法非常適用于評(píng)估放大器、混頻器、振蕩器等有源器件在不同工作頻率下的增益/損耗（S參數(shù)）和線性度/頻譜失真（頻譜純度）的綜合性能。例如，觀察放大器在飽和區(qū)工作時(shí)諧波如何變化，或者查找特定頻率點(diǎn)上的異常雜散。

* 重要提示：

* 確保頻譜分析模式的輸入路徑和校準(zhǔn)狀態(tài)正確。有些VNA在切換到頻譜模式時(shí)可能需要額外的功率校準(zhǔn)（Power Calibration）或修正接收機(jī)路徑的損耗，以獲得準(zhǔn)確的絕對(duì)功率讀數(shù)。

* 合理設(shè)置RBW/VBW和掃描點(diǎn)數(shù)，平衡測(cè)量速度、分辨率和信噪比。過(guò)小的RBW或過(guò)多的點(diǎn)數(shù)會(huì)導(dǎo)致掃描非常緩慢。

* 仔細(xì)設(shè)置參考電平和輸入衰減，避免頻譜儀過(guò)載。

通過(guò)這兩步（配置基礎(chǔ)S參數(shù)通道 + 添加并聯(lián)動(dòng)配置頻譜窗口），你就能高效地在頻譜矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上實(shí)現(xiàn)S參數(shù)和頻譜純度的同步、關(guān)聯(lián)測(cè)量，為全面分析器件性能提供強(qiáng)大支持。