频谱矢量网络分析仪操作：怎么同时测 S 参数和频谱

在频谱矢量网络分析仪（如Keysight PNA/PNA-X系列或R&S ZVA/ZNB系列等具备频谱分析功能的VNA）上同时测量S参数和频谱纯度，关键在于利用仪器的“多窗口”或“多通道”功能以及“触发联动”机制。以下是实现“两步联动设置”的清晰步骤：

第一步：建立基础S参数测量通道

1. 连接与校准：

* 将待测器件（DUT）正确连接到VNA的测试端口（如Port 1和Port 2）。

* 执行完整的矢量网络分析仪校准（如SOLT校准），确保S参数测量（如S11, S21）的精度。这是网络分析的基础。

2. 配置S参数测量：

* 设置起始频率、终止频率和所需的点数（或中频带宽IF BW）。例如，设置扫描范围为1 GHz到10 GHz。

* 选择要测量的S参数（如S21用于增益/损耗，S11用于输入回波损耗）。

* 调整显示格式（如对数幅度dB，相位，史密斯圆图等）。

* 将此配置保存为一个测量通道（例如，Channel 1）。

第二步：添加并联动频谱纯度测量窗口

3. 添加频谱分析仪窗口/通道：

* 在仪器界面上，选择添加一个新的“窗口”（Window）或新的“测量通道”（Measurement Channel）。现代VNA通常允许在一个界面上显示多个独立的测量视图。

* 将这个新窗口/通道配置为频谱分析仪模式（Spectrum Analyzer Mode）。这通常在测量类型（Measure Type）或模式（Mode）菜单中明确选择。

4. 配置频谱测量参数：

* 中心频率/跨度： 设置频谱分析的中心频率。为了实现联动，不要直接输入固定值。关键操作是：将中心频率设置为与S参数测量通道的当前扫描频率联动。具体操作可能称为：

* “Link to Channel X Frequency” (链接到通道X频率)

* “Use Source as LO” (使用源作为本振 - 更底层的方式)

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

* 设置合适的分辨率带宽（RBW）和视频带宽（VBW）： RBW决定了频谱分辨细节的能力和扫描速度（RBW越小，分辨率越高，扫描越慢）。VBW用于平滑显示。根据待测信号和需要观察的杂散/噪声水平设置（例如，RBW=10 kHz或100 kHz）。

* 参考电平（Ref Level）： 设置频谱图的垂直刻度顶部对应的功率电平，确保主信号和感兴趣的杂散都能清晰显示在屏幕上，不饱和也不过低。通常需要根据DUT输出功率预估设置。

* 衰减器（Attenuator）： 如果输入信号较大，可能需要设置输入衰减器，防止损坏接收机或产生失真。

* 检波器（Detector）： 选择合适的检波器（如正峰值Peak，取样Sample，平均值Average）用于显示。

* 标记（Markers）： 在频谱图上放置标记，测量主信号功率、特定杂散频率的功率、噪声基底等。计算谐波失真（如HD2, HD3）、杂散动态范围（Spur Free Dynamic Range）等。

5. 设置触发联动（关键步骤）：

* 找到触发（Trigger）设置菜单。

* 将频谱分析窗口/通道的触发源（Trigger Source）设置为“外部”（External）或“通道X”（Channel X）或“源触发”（Source Trigger）。 这意味着频谱测量的扫描不是由自身启动，而是由S参数测量通道的扫描触发信号来控制。

* 确保S参数测量通道（Channel 1）的触发模式（Trigger Mode）设置为“连续”（Continuous）或“单次”（Single），并处于运行状态。 它将是主触发源。

* 联动效果： 当S参数通道开始一次频率扫描时（例如从1 GHz扫到10 GHz），它会发出一个触发信号（通常是每个频率点或每个扫描步进开始时）。这个触发信号会同步启动频谱分析窗口的一次扫描。由于频谱窗口的中心频率已联动到S参数通道的当前扫描频率，频谱分析窗口将始终聚焦在S参数当前正在测量的那个频率点上。这样，随着S参数扫描的进行，频谱窗口会实时地、步进地显示每个频率点上DUT输出信号的频谱纯度。

总结与要点

* 核心联动机制：

1. 频率联动： 频谱窗口的中心频率动态跟踪S参数扫描的瞬时频率。

2. 触发联动： 频谱窗口的扫描启动由S参数扫描的步进触发信号同步控制。

* 结果： 在S参数通道显示S21幅度（增益）随频率变化曲线的同时，频谱窗口会同步显示每个频率点（或扫描步进点）上DUT输出信号的频谱图。你可以清晰地看到在不同工作频率下，DUT输出信号的谐波、杂散、相位噪声边带等频谱纯度指标。

* 应用场景： 这种方法非常适用于评估放大器、混频器、振荡器等有源器件在不同工作频率下的增益/损耗（S参数）和线性度/频谱失真（频谱纯度）的综合性能。例如，观察放大器在饱和区工作时谐波如何变化，或者查找特定频率点上的异常杂散。

* 重要提示：

* 确保频谱分析模式的输入路径和校准状态正确。有些VNA在切换到频谱模式时可能需要额外的功率校准（Power Calibration）或修正接收机路径的损耗，以获得准确的绝对功率读数。

* 合理设置RBW/VBW和扫描点数，平衡测量速度、分辨率和信噪比。过小的RBW或过多的点数会导致扫描非常缓慢。

* 仔细设置参考电平和输入衰减，避免频谱仪过载。

通过这两步（配置基础S参数通道 + 添加并联动配置频谱窗口），你就能高效地在频谱矢量网络分析仪上实现S参数和频谱纯度的同步、关联测量，为全面分析器件性能提供强大支持。