网络分析仪简史.docx

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网络分析仪简史

网络分析仪简史（60~80年代）

如何简化元件表征

早期的网络分析仪量化元件的阻抗是非常慢的。

ArtFong803AVHF桥在50年代是非常具有创新的仪器，第一次直观的给出了未知待测器件的幅度和相位读数。

但是测量起来非常慢而且非常繁琐。

完整的测试装置如下图所示，在获得一个测试频点的结果之前需要一步一步的调整和校准每个仪器的控制。

即使对于一个有经验的用户得出这个结果也需要几分钟，准确量化DUT需要测量大量的不同频点。

过程最耗时的部分之一就是使用已调谐到感兴趣频点的417AVHF接收机平衡803AVHF桥。

第一个改进是将这套系统中的两台仪器用采用全新矢量测量概念的单台仪器HP8405A代替。

8405A是1966年推出矢量电压表，具有2通道的宽带毫伏表，可以同时测量1~1000MHz的幅度和相位，全量程内具有100mV的灵敏度和0.1的相位分辨率。

得益于60年代早期采样技术的进展和HP开发的热载流子二极管，8405A这种矢量电压表的概念演化成为一系列仪器，最终成为矢量网络分析仪。

就在8405A推出一年之后的1967年，两种新的矢量电压表被制造出来，音频和中频范围的4800A，RF-VHF频段的4815A。

他们都内置了全频测量所需的信号源，从而将上图所示的装置减少成一台单一的独立仪器。

顶部4800A，5Hz~500kHz，左下角：

4815A0.5~108MHz，右下角8405A：

1~1000MHz

S参数的引入

其他非常重要的演变是由矢量电压表带来的测量概念。

使得相对于标准参考值的未知阻抗评估成为可能。

不同于先前描述2端口网络的“Y”或者“H”参数，“S”或“散射”参数由输入和输出端口的传输线特征阻抗决定。

分散参数很快成为表征比如RF和微波频段晶体管这样的线性有源器件的标准。

另外，由于S参数可以由50欧姆负载测量获得并用反射系数作为单位，也可以直接描绘在史密斯圆图上。

1967年8410A直接史密斯圆图显示

最后一步将阻抗随频率变化的函数直接描绘在史密斯圆图上需要2个改进。

首先，需要施加在待测器件上的两个频点之间自动变化的扫频信号源。

其次，需要可以在CRT上直接显示附加电路幅度和相位的矢量电压表。

毫无疑问，8410A是微波技术演变的最重要贡献之一。

8410A在将近20年的时间里成为工业标准。

从原始的配置演变成全自动化版本，8409B。

18年后的1985年，成功集成了微处理器的8510A中，成为下一个20年的领导。

今天，Agilent的VNA和PNA产品线仍然在使用由第一代8410A所带来的基本概念。

50年来证明了由最新处理器支撑的强有力心脏。

8410A基于2个将输入频率转变成固定的IF频率的宽带采样器，用来进行扫频阻抗测量。

RF-IF转换完全替代了8411A的谐波转换器，将0.11~12.4GHz的输入频率转化为20MHz的IF信号。

2个RF输入信号的相位和幅度被保留在IF信号中。

8410A网络分析仪主机提供了锁相环电路以便频率扫描时获得20MHz的IF信号，，采用同一个AGC放大器保持参考和测试通道的比率，然后下变频到278kHz的二次IF。

0~69dB的IF衰减器带有10和1dB步进，用于准确的IF增益或者衰减测量。

8413A是8410A主机的插件，用来比较2个IF信号的幅度和提供具有0.1dB分辨率的比率直接读数。

也在360明确范围内提供具有0.2分辨率的相位比较，当对应的功能键被按下时在同一个表上显示相位差。

分别校准的输出端（dB/mV和deg/mv）为在示波器或XY记录仪上同时显示相位和幅度随频率变化的情况提供了直接耦合信号。

此外，高分辨率可以通过使用灵敏的示波器，XY记录仪，或其他电压指示设备获得。

8414A极坐标显示插件用来替代8413A相位/增益指示器在CRT中显示幅度和相位的极坐标信息。

这对于反射系数测量尤其方便。

CRT显示器提供了史密斯圆图的归一化阻抗或导纳的读数。

XY记录器为与水平垂直偏转成比例的输出提供了高分辨率的史密斯圆图。

19698745A和8743A测试装置

从上到下，依次为带有极坐标显示的8410A网络分析仪，2~12.4GHz8743A反射传输测试装置，1~2GHz的S参数测试装置8745A，8690A扫频振荡器。

8410A后的演进极大的提高易用性和测量速度。

两台仪器拥有所有需要的硬件

为了测量器件的4个散射参数，需要分离元件，几次转折的电缆，耦合器，线长，端接。

连接，断开，重排元件不仅浪费时间，而且也会减少测量的精度。

为了消除改变元件的需要，所有需要测量S参数的新开发元件都被分成2组精密的传感器仪器。

8745AS参数测试装置运行在0.1~2GHz，对应的高频型号是运行在2GHz~12.4GHz的8743A反射-传输测试单元。

8745AS参数测试装置在微波硬件，固态器件，元件，晶体管测量方面是非常有用的。

将2端口待测器件连接到测试装置，只需简单按下按钮就可以进行参数测量和选中参考通道。

HPLabs特别为此开发了许多被动元件。

高方向性的定向耦合器，高重复的同轴开关，低损耗、低驻波比的线架，当然列出的只是一小部分。

相比同一时代微波测量市场上的同类附件这些元件实现了性能的飞跃。

许多元件单独制造并做为嵌入到用户产品中的OEM元件出售。

定向耦合器，晶体管夹具，灵活的臂，旋转接头，同轴开关。

下一站：

自动化

BillHewlett在1983年编写的“机会的创新”中做了网络分析仪的从手动到自动化仪器演进的简短分析。

“HP自40年代后期就一直活跃在微波测量领域，由源开始，接着是检测器，驻波指示，定向耦合器等等，所有的一切都简化了这个复杂领域的测量。

早先讨论的采样技术随着1966年RF矢量电压表的发明进入高频测量。

这项技术是随着更加自动化和更少错误系统的长期追求而出现在微波测量领域的。

1967年2月发表的两篇HPJournal文章有相当大的影响，他们是“覆盖0.1~12.4GHz的扫频测量幅度和相位的自动化网络分析仪”和“工程，自动化网络分析仪和计算机”。

尤其有趣的是这些文章中描述的设备和流程被看成是为公司的发展作出了贡献。

从采样示波器发展而来的采样技术，所有的技术和硬件和待测电路真实的联系在一起。

最重要的是，专门为仪器设计的计算机将获得巨大的优势。

计算机测量相结合从那时候起就成为公司的主要特征。

网络分析仪推出3年后，一个全自动的版本被制造出来，并在1970年2月的HPJournal做了描述，软件设计，准确度，和应用之后便是“自动化网络分析仪系统”。

历史证明了这些网络分析仪的重要性。

在IEEE大会上首次展出时，我们有大量的主要客户对这个可以测量实验室微波晶体管以确认过去的测量和加速这些产品开发的仪器感兴趣。

”

如上所述，1970年，第一个全自动化的网络分析仪8542A如下：

第一台低频，自动化网络分析仪

像自动化频谱分析仪一样，第一代自动化网络分析仪是面向中小公司的低频产品。

第二代HP桌面计算器（9810/20/30）和HP-IB都跟第一代低频合成器有关（3320A/B和3330A），是第一个价格合理的覆盖1Hz~13MHz的可编程信号源。

两个这样的自动化网络分析仪例子如下：

3043A是使用3320B可编程合成器作为信号源和将3575A数字增益/相位表作为数据采集的1Hz~13MHz网络分析仪。

3040A，则是和3570A网络分析仪以及3320A/B或者3330A可编程合成器联系在一起的50Hz~13MHz频率范围的网络分析仪。

尽管限制在频谱的低端，这些采用合成本振的网络分析仪将测量准确性、数据运算以及因使用控制计算机而扩大了显示结果的范围提升到新层面。

左下：

3320B，左上：

3575A，右9810A

左上3320B，左下3570A，右9810A

HP8505AAll-in-One测试系统

HP在1976年推出的8505A是第一个独立的，集所有功能于一身的可编程网络分析仪。

覆盖0.5~1300ＭHz的频率范围，是一个包含了精密扫频源、具有100dB动态3输入通道的追踪接收机、CRT、频率计和自动量程电压表，能直接给出增益/损耗、相位、线性相位偏离、群时延数字读数的完整测量系统。

1976年7月的HPJournal全是描述这个仪器。

不同的文章描述了许多由8505A首次开发和集成的新技术。

一个大范围，持续可变的线架，大范围，高分辨率群时延检测器等等。

为了获得要求的性能增益和减小尺寸许多独特的混合微波电路也被开发出来。

随着每个参数都可由HP-IB可编程HP8505A也成为标准。

HP8754A经济型网络分析仪

1979年推出的8754A采用了许多8505A紧凑和价格适中的先进理念。

8754A内部带有一个4~1300MHz的扫频源，一个两通道的接收机，可同步幅度比和相位角度扫描测量，同时测量绝对功率和反射系数。

8754A本身没有HP-IB接口，但应用笔记“使用8754A网络分析仪和HP9825A桌面电脑进行半自动化RF网络测量”描述了利用8754A进行数字化和处理测量数据的完整解决方案。

自动化的8409B

70年代结束和即将到来的革命8510A之前的最后一步是从8542A改进而来的8409B。

包含了70年代许多技术的演进。

最重要的如下：

1.8620C扫频仪和联系到宽带使用YIG振荡器，而不是8542A上使用的8690A/B用的反波振荡器。

这给出了增强的信号纯度和整个系统全机架尺寸的减少。

2.所有的系通过相位锁定8709A合成源和3335A小数合成器作为参考源。

这给出了频率分辨率和稳定性的显著增长。

3.9845A系统控制器，这是10年来在计算机性能和显著增加数据计算速度和图形化显示结果效率的飞跃。

标量网络分析仪

在整个60年代都没有只用来测量频率响应测量的被称为“标量网络分析仪”的单一仪器。

一系列仪器和附件组成了一个完整的测试装置。

最小配置由扫描信号源，一个检测器和显示单元（通常是用做低速扫描的记录仪和用作高速扫描的示波器）组成。

按照频率覆盖范围选择扫描发生器。

大量从几kHz到整个微波频谱、同轴或波导传输线等附件。

HP8755A频响测试装置

第一台被称作标量网络分析仪的仪器是1973年推出的HP8755A频响测试装置。

8755A被设计成180系列示波器主机的插件，三个输入端口采用了3块全新设计的薄膜混合HP11664A检测器，覆盖了15MHz~18GHz的频率范围。

每个通道都带有滤波器和对数放大器以获得-50dBm的灵敏度和60dB的动态范围。

可测量每个检测器的绝对功率或者在整个动态范围内直接用dB显示2个被测信号的比率。

最主要的创新还是系统，采用了二极管检测器的全新设计。

下图所示是HP那个时期领先微波技术的另外一个例子。

薄膜混合技术是唯一在如此宽的频率范围内获得这样性能的唯一途径，HP在那个时期在仪器市场上时遥遥领先，提供了使用HP11664A肖特基Barrier二极管检测器的标量分析仪。

HP8755A的改进

从最早在1972年推出的HP8755A开始，8755系统在整个70年代和80年代初都获得了持续的改进。

在每个时期的目录中不同的配置均有提及，系统的一个或几个部件的改进带来了全面性能的提升。

1975，8755A仍然是两个选件系统的主要部分，ＨP8755Ｌ和HP8755M，两者都集成了制造一个完整标量网络分析仪所有的必要器件。

1978，一个改进的二极管检测器将8755B的频率上限提升到26.5GHz，8755S的配置集成了一个新的器件，8750A存储-归一化提高了标量测量系统准确度和易用性。

同一时期，HP桌面计算机进展很快。

80年代初，一个新的，小型和强大的控制器，HP85，和新一代的可编程扫描器HP8350A，导致了第一台自动化标量网络分析仪HP8755P的诞生。