dan strassberg
图 1
基于 windows 的 86100c 数字通信分析仪，其心脏是一个超宽带连续采样示波器，软件可以将 tdr 插件测得的结果表示为 s 参数（ agilent 技术公司供稿）。
尽管无源器件的概念很乏味，但要把有关器件测试的内容写下来，仍然会是厚厚的一本书或一系列长文章。鉴于一篇文章的内容有限，不可能容纳这么多内容，所以比较好的办法是在无源器件的茫茫大海中挑选一个小子集，或者是电子工程师测试有选择类型器件的少数几类仪器。
因此，本文将把注意力集中在 vna（矢量网络分析仪）和相关仪器上，如 tdr（时域反射计）。vna 一般都被归为难以熟悉的昂贵仪器一类，因为其价格都在 3 万美元以上，直到前不久，vna的使用者还只是微波工程师们。微波工程师在 vna 中要使用数学工具和分析工具、s-参数（散射参数）和 smith 图（见附文“s 表示 smith 图和 s 参数”），而对缺乏高频设计背景的电子工程师来说，这些东西常让他们犯难，望而生畏。
关注 vna 的一个重要原因是无线通信的爆炸性发展，很多无线通信都用到 2.4 ghz、5 ghz 甚至更高的频段。在这些频段上，块状电路模型已不能描述元器件与网络的行为，而必须采用分布式电路分析方法。vna 参与的大多数任务都是针对线性电路的。但有些公司制造了 lsna（大信号网络分析仪），它适用于包括非线性成分的网络与在大信号驱动时表现出非线性特性的有源电路。
尽管 vna 的用户界面向来以难以测知而著称，但掌握它也不是特别困难，至少就其基本概念来说。另外，随着 dsp 的广泛应用，大多数 vna 可以把频域的测量结果在时域中表示出来。伴随着用户的需求，vna 中还增加了时域特性、许多功能的自动化，以及迅速通过内置智能建立简化界面的能力。针对非微波工程师的友好界面正在快速成为基本特性，因为当 ic 和印制电路板的时钟速率提高时，越来越多的数字硬件设计者需要掌握这些频率下的元器件特性，只有 vna 能够完成所需测量任务，而且保证所需精度。这些设计师大部分都感到在时域中比在频域中更能轻松自在地工作。
但对于使用 s 参数的微波工程师，agilent公司（它同时是 vna 和 tdr 制造商）现在为自己的 86100c dca（数字通信分析仪）软件提供从 tdr 数据中提取 s 参数的功能（图 1）。这样，用户可以根据自己的喜好采用时域测量或频域测量，然后将数据表示在其本地域或互补的域中。
图2
zvt8 vna可在300 khz ~ 8 ghz范围内测量多端口和差分器件的特性。该系统提供8个端口，120 db的动态范围，以及所有端口上最大13 dbm的输出功率。每个端口上的反射计甚至可以对几个多端口器件同时进行测量（ rohde and schwarz供稿）。
只是时间问题
agilent公司 的新软件强调了一个事实，即频域与时域只不过是看待同一现象的不同方法。通过在 dut（待测设备）上施加一个扫频的正弦波激励，并用调谐到激励频率上的检波器作测量， vna 就可以完成原来 tdr 的工作，即在 dut 上施加一个重复电压步，并在输入端检测反射信号。但 tdr 是在时域完成这个检测，使用的是高速的连续等效时间采样示波技术。在 tdt（时域发射模式）下，tdr 仪器还可以检测其它端口的发射信号，就像 vna 可以对多端口设备的几个端口测量传输特性一样。
vna 相对于 tdr 的优势在于它天生就有较大的测量动态范围，最大可达 80db。并且，虽然 vna 一般要比 tdr 贵得多，但并不会比 80 db贵，也就是说，它们并不会贵上 1 万倍，甚至连 1 百倍都不到。另外，现代 vna 的扫频速度可以很快。除非这些仪器在最高动态范围下测量，否则其测量速度与 tdr 不相上下。一台高性能 tdr 的设计要围绕一个高性能顺序采样示波器，该示波器带有一个 tdr 插件，包括一个重复阶跃（脉冲）发生器和一个采样电路。即使该示波器不完成 tdr 任务仍可能需要它。如果能为示波器增加合适的软件，使之完成能够满足要求的 s 参数测量，那么就可能无需 vna，从而节省相当大的一笔费用。
据称tdr 另一个优于 vna 的地方是校准的简化（甚至无需校准）。但是，vna 所用探头及应用 vna 系统的制造商称，vna 自动校准比 vna 一般要求的手动校准更快，它们分别处于分钟与小时的量级。另外他们还称，在 40 ghz及40ghz以上的频率下，自动校准能提供更好的精度和可重复的结果（ 5% 误差对 20%或20%以上）（参考文献 1）。
在使用 tdr 和 vna 时，必须从测量中去除将 dut 连接至仪器的夹具与电缆的影响。这种去除工作需要对这些测量系统部件的影响进行测量以及精确的描述，然后从测量数据中精确地去掉其影响。最后的数据应当只表示 dut 自身的特性。这种计算通常并不简单，但现代高性能的仪器能够自动完成这种去除，这样可以避免过多地卷入这些细节，不过您可能要选择一种校准策略（参考文献 1）。
