2024年3月9日发(作者：止江雪)
矢量网络分析仪使用说明书
第一章 前言
1. E836B网络分析仪具有以下技术特点：
①高性能测量接收机
E8362A网络分析仪采用基于混频器的实现方式，使该仪表具有当今微波网络分析仪中最高的测量灵敏度度。
测量频率范围：10M~20GHz;
接收机数量：4台
接收机测量灵敏度：-120dBm
接收机测量参数；幅度和相位。
迹线噪声：0.005dB(在中频带宽为10KHz时)
②完整的测量能力
该网络分析可以工作在以下测量状态：
频域扫描状态：测量激励信号为功率固定，频率变化信号。考察被测在不同频率激励状态下等离子参数的变化；
功率扫描状态：测量激励信号为频率固定，功率扫描变化信号。考察被测在不同功率激励状态下参数的变化；
连续波状态：测量激励信号为频率固定，功率固定信号。考察被测等离子在固定激励状态下，响应状态参数的波动变化，E8362A最大测量时间长度可达到3000秒；
时间域测量状态：通过将被测的频率响应通过IFFT变化到时间域得到其时域冲击响应，考察被测等离子响应信号的空中分布特性。E8362AIFFT运算点数为160001点，可保证时域测量的分辨率和测量时间宽度。
③强大的分析能力
E8362A基于PC的window2000操作平台，可内置各种分析软件，不需要外置PC进行数据处理，编程方式为COM/DCOM，保证测试的速度。仪表内置嵌入、去嵌入及端口延伸等功能，可直接消除测量天线对测量结果的影响，或进行其它补偿运算处理。
④高测量速度
E8262A高性能接收机可确保高测量精度的同时具有快测量速度，具体指标为： 1
35us/测量点，14ms/刷新（400点）。保证对被测等离子的瞬态响应进行捕捉分析。
⑤多测试状态同时完成
E8262A可支持16个测试通道，各通道可工作在不同的测量状态。利用该功能，可以综合不同分析方法从不同角度来对一个现象进行研究。
⑥良好的可扩展性
E8263A采用开放的发射/接收组成框架，用户可以根据测量的具体要求改变仪表的测量连接状态，还可以把需要的外部信号处理过程组合到仪表内部，例如：当被测需要更大激励功率时，可将推动方法器连接到仪表相应端口，该放大器引起的测试误差可以通过仪表的校准过程消除。
微波矢量网络分析仪是一台自动化、高精度的仪器，有很好的隔离度，能够同时测量四个矢量S参数，并且具有时间门的功能。
X波段（8-12.4GHz）圆口天线，圆口面直径为11cm，增益20dB。
2
第二章 快速启动
2.1. 前面板
下依次分别介绍面板上各个按钮之功能
1. 显示屏：
显示屏幕有如下的特征：
8.4英寸液晶显示器
640×480分辨率
垂直刷新率59.83Hz
水平刷新率31.41KHz
亮度 >250NIT
2.操纵键
选择面板工具栏，操纵菜单和对话框
上下键：用来上下移动鼠标通过菜单，也用来改变数值；
左右tab键：用来左右移动鼠标通过菜单或者对话框
Click键：相当于鼠标，具有确定之功能
F1，F2,F3,F4键：各键颜色对应显示屏上的相应颜色的工 3
具栏。
3.显示键
Trace按键：管理和创造新的轨迹
Window按键：管理和创造新的窗口
Measure Setup：快速设定测量参数
安排当前屏幕的显示方式
4. 命令键
OK键：关闭对话框，确定一个输入数值
Help键：打开帮助对话框
Cancel键：取消对话框
Menu/Dialog键：打开菜单，用操纵键浏览菜单；显示对话框。
5. 输入键
数字部分用来输入数值
G/n,M/u为单位值然后用Enter键来确定
右边旋钮用来增加或者减小数值
6.通道设置键
Start/Center：设置测量初始频率或者中心频率
Stop/Span：设置终止频率或者扫频带宽
Power：设置功率值
Sweep setup：设置激发状态
Channel：激活或者删除一个通道
Sweep Type： 设置扫描类型
Trigger：设置初始扫描的激发状态
Ave：对数据进行平均，减小噪声
Cal：开始测量校正
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7. 轨迹设置键
Measure：选择S参数
Format：选择显示测量数据的格式
Scale：坐标值设置，可以设置坐标值使其随测量值而变。
Marker：激活一个光标，设置光标值。光标可以用来显示轨迹图像的值。
Marker Table：列表显示光标对应的数值
Limit Table： 列表显示测量标度的最小值
Marker Search：光标搜寻键
Marker Function：光标函数键
Math/Memory： 数据加减乘除运算
8. 保存打印键
Save：保存
Preset：设置矢网为默认值状态
Recall：打开已有的文件
Macro/Local：回到当前状态
中间两个按键为改变屏幕显示状态和打印按钮
9. 输入输出端口
双端口输入输出，输入输出范围：±7dBm
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2.2 后面板
后面板有USB口，网线口，打印机接口，显示器接口，COM口，I/O输出口
2.3 电源开关
矢量网络分析仪有三个开关模式：
（1）休眠；（2）打开；（3）关闭
当矢量网络分析仪通电时，电源为黄灯，按下黄灯按钮，若黄灯变绿灯说明矢网正常启动。否则矢网工作不正常。
进入系统后，系统为windows2000英文版，和通常PC计算机一样，操作相同。
不会操作PC机的人建议不要使用矢量网络分析仪，或者通过培训精通PC机后再使用。
2.4 前面板界面
2.4.1. 激活输入工具栏：
这个部分不能设置全部的参数，对于全部设置请用菜单按键
通过下面的四个步骤可以快速的进行设置
( 1 ) 按一个按键
( 2 ) 浏览激活输入
( 3 ) 选择一个函数
( 4 ) 输入一个参数值（如果需要）
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2.4.2. 启动对话框
快速启动对话框:
( 1 ) 按Menu/Dialog键
( 2 ) 选择一个函数
2.4.3. 控制菜单
用 Menus 按键可以进行所有函数操作:
( 1 ) 按Menu/Dialog键
( 2 ) 用方向键操控菜单.
点击 "Click" 键进行确定
( 3 ) 其他的按键可以用来取消或者选择帮助（如果必要）。
2.4.4. 轨迹，通道和窗口
1. 轨迹
轨迹是一系列测量数据点的连线。轨迹设置将改变数学运算和测量的数据点，要 7
改变一条轨迹的设置，必须首先选定激活一个轨迹。选定一个轨迹，点击Trace
Status 按键，可以进行下面的参数设置：
Parameter 参数
Format 格式
Scale 坐标尺度
Calibration ON / OFF 校正开关
Trace Math 轨迹运算
Markers 光标
Electrical Delay 电延迟
Phase Offset 相位偏移
Smoothing 光滑
Transform 转换
2. 通道
矢量网络分析仪包含32个独立的通道
通道设置决定了轨迹数据点的测量方式。所有在一个通道中的轨迹具有相同的通道设置。在设置一个通道时，通道首先要被选定，点击Trace Status 键，下面是通道的设置。
Frequency span 频率扫描
Power 功率扫描
Calibration data 校正数据
IF Bandwidth 中频带宽
Number of Points 数据点数
Sweep Settings 扫描设置
Average 平均
Trigger (some settings) 触发
3. 窗口
窗口用来观看轨迹图像。矢网可以显示16个窗口，每个窗口可以包含四个轨迹并且每个窗口可以包含相同或者不同的通道。
下面这个窗口包含两个轨迹，两个轨迹都是相同的通道1，设置如图所示。
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4.窗口管理
怎样创建一个新的窗口？
用下面的任意一种方法
按
点击Trace，New Trace。选New Window
点击Window，然后选择New。一个新的窗口显示，具有默认轨迹（S11,Ch1）
怎样全屏浏览一个窗口？
当超过四个窗口出现在屏幕上时，轨迹状态面被隐藏，分辨率变差。为了全屏浏览，可以用下面的方法：
按屏幕。
，然后按。再次按下可以缩小
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第三章 基本的测量顺序
3.1 建立测量
3.1.1 预设仪器
1． 预设默认条件，用下面的两种方法：
点击浏览矢网出厂默认条件：
2. Frequency Settings(频率设置)
Measurement Parameter
（测量参量）
Start Frequency
（初始频率）
Stop Frequency
（终止频率）
CW Frequency
（连续波频率）
3. Power Settings(功率设置)
Test Port Power -5 dBm for E8362/3/4 B, standardMinimum frequency of the PNA
（矢网最低频率）
Maximum frequency of the PNA
（矢网最高频率）
1 GHz
S11
（测试端口功率）（本仪器默认功率为-5 dBm）
Port Power CoupledOn（开）
（端口功率连接）Auto Attenuation
On（开）
10
（自动衰减）
Attenuator Value
（衰减器值）
Power Slope
（功率升降）
Slope Value
（升降功率值）
4. Sweep Settings (扫描设置)
Type（类型）
Mode（模式）
Generation（产生）
Auto Sweep Time（自动扫描时间）
Number of Points（测量点数）
5. Segment Sweep Settings(阶段扫描设置)
Active Segments（激励部分）
Start Frequency（初始频率）
Stop Frequency（终止频率）
Number of Points（测量点数）
Power（功率）
1
PNA start frequency1 GHz for E836xA/B
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-5 dBm for E8362 B
IF Bandwidth（中频带宽）
Dwell Time（停留时间）
6. Trigger Settings(触发设置)
Source（源）
Mode（模式）
Display Settings(显示设置)
Format(格式) ： Log Mag
3.1.2 选择测量参数
Internal（内部）
Sweep（扫描）
35 kHz
630.00
μsecs
Linear Frequency（线性频率）
Continuous（连续）
Analog（模拟）
On（开）
201
0 dB/GHz
Off
0 dB
11
对于两个端口的矢量网络分析仪，用四个S参数来表示。反射测量为S11、S22，透射量为S21、S12。
1. 建立一个新的轨迹线。
2. 改变测量轨迹线
3. 新轨迹线和测量对话框
4. 其他轨迹类型。
3.1.3频率范围设置
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1. 初始频率，终止频率；中心频率，扫频带宽设置
2. 点频设置
3.1.4 功率设置
1.功率开关及其大小设置
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2.扫描设置
3.1.5 扫描设置
1. 扫描类型的设置。
扫描的类型包括：线性频率扫描、对数频率扫描、功率扫描、时间扫描、区段扫描。在扫描特性中，可以设置起始、终止频率，扫频点数等。
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2. 区段扫描表格设置
3. 扫描时间设置
最小扫描时间根据扫描点数而定，另外扫描实际和传输线的长度有关，一般而言，扫描时间设置为0.5s或者1s即可。
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4. 扫描设置
3.1.6 数据格式及坐标比例
1. 数据格式包括：
(1) Linear Mag: 即Linear Magnitude Fotmat.只显示正值。
Y轴表示：曲率测量时没有单位；非曲率测量单位为（W）。
(2). Log Mag:即Log Mag (Logarithmic Magnitude) Format.
测量幅度值；Y轴单位为dB；典型的测量：返回损耗，插入损耗或者增益。
(3). Phase:即Phase Format
Y轴表示相位，单位度；测量相位差。
(4) Group Delay: 即Group Delay Format
Y轴表示时间。
(5). Smith Chart:即Smith Chart Format
给出史密斯圆图。
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(6). Polar
给出极化图
(7). SWR（驻波比）
驻波比计算公式为：Γ=1+ρ
1−ρ(8). Real：显示复数信号数据的实部。
(9) Imaginary：现实复数信号数据的虚部。
2. 各种格式的设置如下图所示：
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3. 坐标轴每一格大小及其水平线的设置如图所示：
3.1.7 设置触发
触发分为内部触发，外部触发，以及手动触发。E8362B矢量网络分析仪支持外部触发，具体参见help。
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3.1.8 图形窗口设置
通过设置可以选择不同轨迹在窗口中的表现形式。
Overlay Stack 2
Split 3 Quad 4
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3.2 提高测量精度
3.2.1 提高动态范围
1. 提高输入功率
大的输入功率和接收功率很容易被探测，可以提高系统的动态范围。
2.降低噪声水平
3.2.2 提高测量点数
选择合适的轨迹测量点数，是的测量估计具有足够的分辨精度。通常，快的扫描选择少的测量点数，提高系统的灵敏度；慢的扫描选择多的测量点数，提高数据的精度。
测量点数的选择通过下面的方式进行，系统默认测量点数为201。
3.2.3 提高相位精度
1. 电延迟的设置
电延迟史指时间上的延迟，其中Velocity Factor 表征波在介质中的速度因子，在真空中为1，在聚乙烯中速度因子为0.66，在聚四氟乙烯介质中为0.7。
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2. 相位延迟的设置
3.2.4 噪声减小技术
1. 设置平均量
对测量数据进行平均，如下图所示，可以通过选择不同的平均因子，来降低噪声。
2. 设置中频带宽
中频带宽滤波器可以从40KHz降低到1Hz，降低中频带宽可以精度噪声信号的影响。但低的中频带宽需要长的扫描时间。
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选择不同中频带宽对信号的影响。
3. 平滑处理
平滑处理可以对测量的信号进行平滑，可以选择不同的平滑因子，平滑处理对测量时间没有影响。
平滑前后的数据曲线如下图所示。
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第四章 网络分析仪的校准
4.1 双端口校准（SOLT）
双端口校准步骤如下：
1. 在网络分析仪（E8362B）打开电源前请将其接地。
2. 根据需要把连接器和额外的电缆接到网络分析仪。用网络分析仪电缆时要非常仔细，不要使它们过份弯曲。
3. 接通电源，开启“Power”按钮。
4 进入界面后，设置测量参数：起始终止频率、测量点数、扫描时间等。
5 进入校准界面。进入校准界面有三种方法，如下图所示。
6. 进入下图界面，选择“Unguided Calibration Use Mechanical Standards ”，点击“next”
7. 进入如下图界面，选择“Full SOLT 2-PORT”，并且选择“View Selected Cal Kit”，进入下一步。
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8. 选择“85052D 3.5mm Calibration Kit”。进入下一步。
将“Open”校准件连接在测量线终端，点击Open。然后依次连接“short”，“load”；将两端口连接，校准“THRU”，然后依次校准端口2“Open”，“short”，“Load”.
9. 然后点击下一步
点击“Finish”。完成校准，或者将校准存储已被以后只用。
10 选择一个存储地址，保存校准。
4.2 TRM校准
对于开路测量通常采用TRM（THRU- Reflect-Match）方法校准。对于TRM方法首先要对匹配负载（Match）进行定义。
TRM校准的基本过程：
1. 进入校准界面，选择“Advanced Modify Cal Kit”。
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2. 进入下面的界面，选择“Edit Kit”，点击OK
3. 进入Edit Kit编辑对话框。在Kit ID中填写自己要标记的文件名，Kit Description填入自己对校准的注释。在Connectors中选择“Add”
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4. 进入“Add Connectors”对话框。参数按照表1填写。
6 在Class Assignments 中选择“TRL”，进入“Edit”，参照表1填写参数
表1 自由空间TRM校准件定义
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7. 进入“Add”，“Edit”编辑。参照表1填写。
完成“THRU”、“Reflect”、“Load”的定义。
8 完成双端口测量的5-7步。
9 选择“Full TRL 2-PORT”，“View selected Cal Kit”。点击下一步。
10 选择刚才定义的TRM校准件的名称“TRM Kit”，进入下一步。
11 校准步骤如下图所示。其中line 为 matched load。“THRU”测量时为开路空间。“Reflect”校准时，两天线之间放金属板。“Matched Load”校准时，两天线之间放吸波材料。
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12 点击下一步，然后保存校准，完成校准过程。
通常真空罐内的校准如下图所示：
电子束出口电子束出口
THRU Reflect
电子束出口
Matched Load
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第五章 数据处理
5.1 光标
1. 创建光标
2. 移动光标
激活需要的光标，通过下面的图示或者控制面板中中间的大旋钮改变光标的位置。
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第六章 时域测量
在电磁波反射和传输测量中，被测目标与地面或周围其他的物体之间可能存在相互作用和散射场干涉，对于某些特定的环境或者目标而言，这种影响可能很大。被测目标直接散射的回波与多重散射回波具有不同的路径，因而在被测目标主回波后可能会出现一系列的重影回波，虽然重影回波的反射强度没有实际目标那么高，但它们也可能达到足以构成同相叠加或反相抵消的程度，因此会引入测量误差。为了减小被测目标与地面或者周围其他物体之间的多路径影响，最方便的方法就是用雷达吸波材料覆盖地面和周围的物体。但由于覆盖吸波材料在一些特定的环境下安装、搬运比较麻烦，而且对等离子体来说，对吸波材料的耐温性能具有一定的要求。另一种消除被测目标与地面和周围物体相互作用的方法是时域门测量技术。就是把被测目标最远部分回波以后的其他所有杂散回波认为的消除，达到时域滤波的目的，这样就可以消除目标与地面多重散射的影响。天线和RCS测量系统都会有多路反射。多路反射信号是周围物体对传输信号的散射引起的，如地面、墙壁、其他的物体等。时域提供了一种消除多路反射影响的有效方法，只是显示时间门内的频率信息，结果是消除多路反射后被测元件的真实信息。
如果只是测量某个频率点的传输、反射、相位等参数信息，而不是扫频测量，必须用吸波材料来消除周围杂散信号的影响，时间门技术不再适用。用点频测量时，也存在一个空间位置上相干的问题，因此要得到较好的点频上的参数量加上吸波材料消除周围环境的干扰是很有必要的。
一、 时域测量特性
在时域中测量网络特性的方法就是对被测件进行瞬态响应的测试，即在被测网络输入端加入理想的冲击函数或阶跃函数信号，观察其输出波形和反射波形的畸变情况，从而判断网络的传输特性和反射特性。网络的时域响应和频域响应的关系是通过傅立叶变换来描述的：频域H(f)到时域h(t)。
量程：在时域测量中，量程是指在时间上的长度，也就是在测量时不会出现重复响应的时间显示，时域响应重复出现的原因是因为频域上点的不连续造成的。测量中，Range=1/Δf，它和频率的点数成正比，而和频率的跨度成反比。有Range=1/Δf=(number of points-1)/Frequency Span。因此，要增加时域测量的量程，通常是增大频率点数，因为减小频率跨度会减小时域的分辨力。
分辨力：在大多数的时域应用中，时域测量的主要的特性是分辨力。就是一个信号从其他信号中区分出来的能力。其主要的限制是逆变换中数据收集的带宽。时域测量中两信号的分辨距离精度为：150mm/Frequency Span(GHz)。例如，40GHz的频率带宽，分辨精度为4mm。测量精度还受处理方法和窗口选择的限制。另外一个重要因素是信号的相对幅度，大的信号能淹没小的信号，时间分辨越好，系统执行越好。
门：门的特征是，可以通过设置有选择的去除反射或传输的响应，保留需要的信息，在 30
转换回频域时，门以外的响应被去除。在一个反射测量中，可以去除不想要的不匹配的影响或别的孤立的和认为是单独的不匹配的影响，在传输测量中，可以去除多传输路径的影响。
二、 时域测量参数：
1. 距离的测量
图1 时域测量电缆线的不连续性
波在传输路径上遇到不连续或者失配的位置时将会有很强的反射，通过测量传输路径中Δt，其中ν为速2度因子，真空中ν=1、聚乙烯（大多数电缆）ν=0.66、聚四氟乙烯ν=0.7，c为真空中不连续处的峰值的时间值，可以测量两个不连续处之间的距离L=ν×c×的光速。如图1所示，横表明一个脉冲从测试端口到达不连续点的总时间，实际的物理长度等于光在不同介质中传输率乘以传输时间，因此要得到真实的长度必须设置号正确的介电常数。纵轴可以表示不同的物理量，取决于所选择的格式，以Linear Magnitude为例，表示在整个频率范围那不连续点的平均值。
2.
反射测量
时域测量可以用来测量整个频段内的反射（或透射）的线性幅度（或对数幅度），可以用来测量整个频段内的电压驻波比。
时域带通模式在障碍点的测量中非常有用，在此以同轴电缆为例来说明。测量时,
给电缆的终端接上不同的负载，然后观察终端的反射情况：电缆终端接完全匹配的负载时，信号全部被负载吸收，不产生反射，因此终端的反射系数很小；电缆终端接失配负载时信号产生部分反射。反射越大，失配越严重。通过反射测量可以观察到各个反射点距离原点的位置以及他们之间的相对位置。也可以打开门的功能观察某点在转换到频域上时全频段的响应情况。
在等离子体反射测量中，通过时间门选取两天线之间等离子体的反射信息，消除远距离障碍物的影响，从而实际的反应等离子体对电磁波反射的影响。如图2所示，波到达障碍物的时间t2大于波到达主反射体的时间t1，通过时间门去除大于时间t1的反射，从而可以得到真实的主反射体的信息。
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主反射体物碍障t1t2发射天线
图2 障碍物对反射的影响
plasmaρ(dB)t
图3 时域测量电磁波在有等离子体介质时的反射系数
3. 传输测量
天线和RCS测量系统都会有多路反射。多路反射信号是周围物体对传输信号的反射引起的，如地面、墙壁、其他的物体等。时域提供了一种消除多路反射影响的有效方法，只是显示时间门内的频率信息，结果反应了消除多路反射后得到的被测元件的真实信息。在时域上可以观察到频域不能看到的射频泄漏、高次谐波、以及各类寄生杂波干扰的响应，如图4所示。加上门的功能后的时域转换到频域上时，显示的只是主通道传输的响应。
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图4主通道及各个杂波的响应
图5 8-12.4GHz天线的频域响应
图6 时域频域转换
图5为传输测量示意图，为了得到主路径的信息而消除地面反射等杂散信号的影响，可以利用时域门的方法。图6 为频域时域转换图。左上图为包含多路径影响的传输信号在8-12.4GHz频域内的变化情况。左下图为包含多路反射的时域响应。右上图为去除多路反射后的主通道的时域响应。右下图为去除多路反射后主通道的频域响应。
三、 时域测量在地下室真空罐中的应用
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发射天线电子束出口101.5cm51.5cm72cm法兰150cm接收天线
图8 真空罐尺度示意图
1. 距离的测量
图9 时域测量图(SWR，4-8GHz)
图9 给出了时域测量电磁波在空间点反射系数示意图。通过测量驻波点位置，可以很好的反映某个空间点不连续。光标2为发射天线的位置t1=16.5177ns，光标3为接收天线的位置t2=23.3040ns，Δt=6.7863ns，计算得到两天线之间的距离为101.79cm，实际测量两天线之间的距离为101.5cm。
2. 反射测量
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-5-10-15(dB)量反射-20-25-30-35-40-45-504.00E+009 本 加 加底吸波材料时域门6.00E+0097.00E+0098.00E+0095.00E+009频率(Hz)
图10 反射量与频率的关系（有吸波材料，加时域门和本底的对比关系）
图10给出了本底和加吸波材料、加时域门三种条件下频率与反射量的对比关系。可以看出反射量在加吸波材料的情况下与本底没有明显的变化，一方面是由于系统本身的各个不连续点的反射引起的干涉现象造成的，再者就是周围环境的影响造成的。系统的原因有：电磁波在通过同轴线转换头，微波天线激励头、天线透镜时会出现强的反射点；外部环境的影响主要是容器壁的反射，这些反射点会在接收系统中引起干涉现象从而引起反射量的扰动。而加上时域门后，反射量的扰动现象得到明显改善。本次实验中，时域门取两天线之间的反射信息，即图9中发射天线的位置t1=16.5177ns到接收天线的位置t2=23.3040ns的时间段，这样反射信号只是反应了两天线之间的信息，对于传输时间t
由图8真空罐尺度示意图可以看出，发射天线到电子束出口、法兰的距离比到接收天线的距离近，电子束出口、法兰口处的反射在所设置的时间门之内，不能用时域法消除。
3. 传输测量
图11给出了本底和加吸波材料、加时域门三种条件下频率与透射量的对比关系。加吸波材料的情况下，器壁的引起的多路径反射大部分被消除，因此扰动现象比本底得到明显的改善。对于透射信号来说，容器壁四周都铺上吸波材料可以使器壁的反射得到明显的改善，但是这个真空罐系统中由于条件的限制，不可能四周都铺上吸波材料，再加上材料对真空度有影响，吸波材料不能完全的耐高温等，器壁周围都铺设吸波材料是不可行的。加上时域门后，能够消除周围器壁多次反射的影响，得到电磁波通过主通道的传输信息。从图11中可以看出，时域门测量与本底和加吸波材料的条件下相比较具有很好的一致性。时域测量能够达到真正避免周围多路经反射的影响，从而真实的得到主路径的传输信息。
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-5-10-15(dB)射量透-20-25-30-35-40-45-504.00E+0095.00E+0096.00E+0097.00E+0098.00E+009 本底信号 加吸波材料 加时域门频率(Hz)
图11透射量与频率的关系（有吸波材料，加时域门和本底的对比关系）
四、 时域测量的中注意的问题：
1. 矢量网络分析仪作为一种设备仪器，具有其特性的系统误差和测量精度。主要影响测试能力的是测量精度问题，受其测量特性的限制，如量程、分辨力等限制。在使用的过程中，在被测件允许的频域范围内，尽可能的增大扫频宽度，增加扫描点数，可以提高系统的量程和分辨力。
2. 时域测量中多路信号的排除主要是时间门的选取，正确恰当的选取时间门才能够做到真正排除多路反射信号影响的效果。正确的估计主反射和障碍物反射的时间，恰当的选取时间门。使主通道信息包含在时间门内，而多路反射信息被排除在时间门外。
3. 如果只是测量某个频率点的传输、反射、相位等参数信息，而不是扫频测量，必须用吸波材料来消除周围杂散信号的影响，时间门技术不可用。
五、 总结
时域提供了一种消除多路反射影响的有效方法，只是显示时间门内的频率信息，结果是消除多路反射后被测元件的真实信息。但受系统本身性能的限制，在被测目标的与周围其他物体的距离相当的时候，周围物体的影响将无法从时间门上消除。而且，单个频率点参数的测量不能用时间门技术，要消除周围杂散信号的影响必须用吸波材料。因此，周围物体上覆盖吸波材料与时域门技术两种方法并用，能使周围杂散信号的影响达到最低水平。
时间门技术
在单天线反射测量中，反射信号常常无法测量，或者测量范围太小，如图1（a）所示。我们从时域信号来分析一下具体原因。图1（b）给出了待测金属板和吸波材料反射信号的时域信息，图中标记出了激励头、天线面、金属板、二次及三次反射等反射信号的信息。可以看出激励头、天线面的反射量接近甚至大于金属板的反射量，因而金属板的反射信息根本无 36
法测量。吸波材料的反射信号比金属板的反射信号更弱，因而更无法测量。另外，不同时间、信号幅度可比的信号被接收天线接收时，会产生干涉现象，频域上会出现波动现象，如图1（a）。我们利用时间门的方法去掉激励头、天线面等强反射信号的影响，如图1（c）所示，我们可以得到弱反射信号的信息。图1（4）给出了加上时间门去掉强反射信号后得到的金属板反射信号与吸波材料信号随频率的变化关系。
0-5-10-15-20-40激励头天线面金属板二次反射 Reflector(Time domain) Absorber(Time domain)Power(dB)-20-25-30-35-40-454.55.05.56.06.57.0Power(dB)-60-80-100三次反射 Refector Absorber(a)-120-140-100(b)1Frequency(GHz)Time(ns)
-10-20 Reflector Absorber-15-20 Reflector(Time gate) Absoober(Time gate)(d)-40(c)Power(dB)-25-30-35-40-45Power(dB)-60-80-100-120-50-1604.55.05.56.06.57.0Time(ns)Frequency(GHz)
图1
下面我们来研究一下，在被测信号的反射量与其他干扰信号的反射量可比的情况下，加不同时间门对电磁波反射信号影响。图2（a）黑线给出了没有加时间门时，各种反射信号的时域信息。从图2（a）中可以看出各种反射信号的信息与被测信号可比，我们只取被测信号所在时间区域内的信息，反射信号随频率的变化关系如图2（b）所示，加上时间门后，各个不同的被测物体的反射量能够分辨出来，5cm海绵锥衰减约为12dB，海绵块衰减约为16dB，双面海绵锥衰减约为25dB，这与双天线测量的结果是一致的。
图3给出了时间门包含被测物体前端45cm一段区域内信息时（图3（a）），反射量的变化关系。由图3（b）可以看出，在频域上各个被测物体的反射信息依然能够很好的分辨出来。我们进一步加大时间门的范围，时间门取包含被测物体前端100cm内的区域（图4（a）），可以看出，此时包含进来的干扰信号已经开始影响被测物体的测量，干扰信息虽小于被测物体的反射信号，到达接收天线后已经开始和被测信号发生干涉，频域上出现波动现象，如图4（b）所示。
37
0-20-40被测件位置28cm强反射物体 Reflector(No gate) Reflector 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65Power(dB)-60-80-100-120-140-160-53540Power(dB)(a)-70-75-804.5 Reflector 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥(b)5.05.56.06.57.0Time(ns)Frequency(GHz)
图2 时间门只包含被测物体的区域
0-20-40-1015cm-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65-70-75-803040Power(dB)-80-100-120-140-160-1001020Power(dB)-60 Reflector(No gate) Reflector(Gate) 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥(a) Reflector 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥(b)4.55.05.56.06.57.0Time(ns)Frequency(GHz)
图3 时间门含被测物体及前端45cm区域
Reflector(No gate) Reflector(gate) 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥1050-5-10-150-20 Reflector 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥Power(dB)Power(dB)-40-20-25-30-35-40-45-50-55-60-80-100(a)-10-5354045-60-65-70(b)4.55.05.56.06.57.0-120Time(ns)Frequency(GHz)
图4 时间门含被测物体及前端100cm区域
对于传输信号，利用时间门的方法可以消除周围杂散信号的影响。图5（a）给出了传输信号随频率的变化关系。没有加时间门时，传输信号存在波动现象，这主要时因为杂散信号的幅度已经与被测信号可比（如图5（b）中黑线所示），从而相互作用发生干涉现象。时间门只取主通信号的信息，去除各种杂散信号，如图5（b）红线所示，干涉信号被消除，从而不会有干涉现象的出现，如图5（a）红线所示。
38
-20-20-25 S21(No gate) S21(Gate) No gate Gate-40-60-30Power(dB)Power(dB)4.55.05.56.06.57.0-80-100-120-35-40-45-140-160-1-50frequency(GHz)Time(ns)
图5 传输量的时域信息
时域测量中两信号的分辨距离精度为：150mm/Frequency Span(GHz)。在我们的测量系统中，扫描带宽为2.5GHz，因此分辨精度为60mm。如图6所示，窗函数选为最小，使得分辨率最大，6cm的距离时系统能分辨出峰值点，5cm距离时系统已经无法分辨出峰值点。
0-10-20-30-40-50-60-70-80-4-261820峰值点 5cm 6cmPower(dB)Time(ns)
图6 系统分辨率测量
减小窗函数，可以提高系统的分辨率，但是会影响系统的动态范围。高的分辨率会降低系统的动态范围，如图7所示。
39
0 windows(6) windows(0)-20-40Power(dB)-60-80-100-120-1Time(ns)
图7 不同窗函数条件下系统的动态范围
由以上讨论可知，时间门的选取必须考虑干扰信号的影响，干扰信号的幅度应远小于被测信号的幅度。从而使得被测信号不会被杂散信号发生干涉，更好的获得被测信号的信息。为更好的提高分辨率，就要减小窗函数，但是这样会减小系统的动态范围。因此，在加时间门的过程中，既要兼顾分辨率又要保证动态范围。通常选择中等窗函数，提高系统的分辨率；准确的确定被测物体的位置，时域上只取被测物体的信息。
40
2024年3月9日发(作者：止江雪)
矢量网络分析仪使用说明书
第一章 前言
1. E836B网络分析仪具有以下技术特点：
①高性能测量接收机
E8362A网络分析仪采用基于混频器的实现方式，使该仪表具有当今微波网络分析仪中最高的测量灵敏度度。
测量频率范围：10M~20GHz;
接收机数量：4台
接收机测量灵敏度：-120dBm
接收机测量参数；幅度和相位。
迹线噪声：0.005dB(在中频带宽为10KHz时)
②完整的测量能力
该网络分析可以工作在以下测量状态：
频域扫描状态：测量激励信号为功率固定，频率变化信号。考察被测在不同频率激励状态下等离子参数的变化；
功率扫描状态：测量激励信号为频率固定，功率扫描变化信号。考察被测在不同功率激励状态下参数的变化；
连续波状态：测量激励信号为频率固定，功率固定信号。考察被测等离子在固定激励状态下，响应状态参数的波动变化，E8362A最大测量时间长度可达到3000秒；
时间域测量状态：通过将被测的频率响应通过IFFT变化到时间域得到其时域冲击响应，考察被测等离子响应信号的空中分布特性。E8362AIFFT运算点数为160001点，可保证时域测量的分辨率和测量时间宽度。
③强大的分析能力
E8362A基于PC的window2000操作平台，可内置各种分析软件，不需要外置PC进行数据处理，编程方式为COM/DCOM，保证测试的速度。仪表内置嵌入、去嵌入及端口延伸等功能，可直接消除测量天线对测量结果的影响，或进行其它补偿运算处理。
④高测量速度
E8262A高性能接收机可确保高测量精度的同时具有快测量速度，具体指标为： 1
35us/测量点，14ms/刷新（400点）。保证对被测等离子的瞬态响应进行捕捉分析。
⑤多测试状态同时完成
E8262A可支持16个测试通道，各通道可工作在不同的测量状态。利用该功能，可以综合不同分析方法从不同角度来对一个现象进行研究。
⑥良好的可扩展性
E8263A采用开放的发射/接收组成框架，用户可以根据测量的具体要求改变仪表的测量连接状态，还可以把需要的外部信号处理过程组合到仪表内部，例如：当被测需要更大激励功率时，可将推动方法器连接到仪表相应端口，该放大器引起的测试误差可以通过仪表的校准过程消除。
微波矢量网络分析仪是一台自动化、高精度的仪器，有很好的隔离度，能够同时测量四个矢量S参数，并且具有时间门的功能。
X波段（8-12.4GHz）圆口天线，圆口面直径为11cm，增益20dB。
2
第二章 快速启动
2.1. 前面板
下依次分别介绍面板上各个按钮之功能
1. 显示屏：
显示屏幕有如下的特征：
8.4英寸液晶显示器
640×480分辨率
垂直刷新率59.83Hz
水平刷新率31.41KHz
亮度 >250NIT
2.操纵键
选择面板工具栏，操纵菜单和对话框
上下键：用来上下移动鼠标通过菜单，也用来改变数值；
左右tab键：用来左右移动鼠标通过菜单或者对话框
Click键：相当于鼠标，具有确定之功能
F1，F2,F3,F4键：各键颜色对应显示屏上的相应颜色的工 3
具栏。
3.显示键
Trace按键：管理和创造新的轨迹
Window按键：管理和创造新的窗口
Measure Setup：快速设定测量参数
安排当前屏幕的显示方式
4. 命令键
OK键：关闭对话框，确定一个输入数值
Help键：打开帮助对话框
Cancel键：取消对话框
Menu/Dialog键：打开菜单，用操纵键浏览菜单；显示对话框。
5. 输入键
数字部分用来输入数值
G/n,M/u为单位值然后用Enter键来确定
右边旋钮用来增加或者减小数值
6.通道设置键
Start/Center：设置测量初始频率或者中心频率
Stop/Span：设置终止频率或者扫频带宽
Power：设置功率值
Sweep setup：设置激发状态
Channel：激活或者删除一个通道
Sweep Type： 设置扫描类型
Trigger：设置初始扫描的激发状态
Ave：对数据进行平均，减小噪声
Cal：开始测量校正
4
7. 轨迹设置键
Measure：选择S参数
Format：选择显示测量数据的格式
Scale：坐标值设置，可以设置坐标值使其随测量值而变。
Marker：激活一个光标，设置光标值。光标可以用来显示轨迹图像的值。
Marker Table：列表显示光标对应的数值
Limit Table： 列表显示测量标度的最小值
Marker Search：光标搜寻键
Marker Function：光标函数键
Math/Memory： 数据加减乘除运算
8. 保存打印键
Save：保存
Preset：设置矢网为默认值状态
Recall：打开已有的文件
Macro/Local：回到当前状态
中间两个按键为改变屏幕显示状态和打印按钮
9. 输入输出端口
双端口输入输出，输入输出范围：±7dBm
5
2.2 后面板
后面板有USB口，网线口，打印机接口，显示器接口，COM口，I/O输出口
2.3 电源开关
矢量网络分析仪有三个开关模式：
（1）休眠；（2）打开；（3）关闭
当矢量网络分析仪通电时，电源为黄灯，按下黄灯按钮，若黄灯变绿灯说明矢网正常启动。否则矢网工作不正常。
进入系统后，系统为windows2000英文版，和通常PC计算机一样，操作相同。
不会操作PC机的人建议不要使用矢量网络分析仪，或者通过培训精通PC机后再使用。
2.4 前面板界面
2.4.1. 激活输入工具栏：
这个部分不能设置全部的参数，对于全部设置请用菜单按键
通过下面的四个步骤可以快速的进行设置
( 1 ) 按一个按键
( 2 ) 浏览激活输入
( 3 ) 选择一个函数
( 4 ) 输入一个参数值（如果需要）
6
2.4.2. 启动对话框
快速启动对话框:
( 1 ) 按Menu/Dialog键
( 2 ) 选择一个函数
2.4.3. 控制菜单
用 Menus 按键可以进行所有函数操作:
( 1 ) 按Menu/Dialog键
( 2 ) 用方向键操控菜单.
点击 "Click" 键进行确定
( 3 ) 其他的按键可以用来取消或者选择帮助（如果必要）。
2.4.4. 轨迹，通道和窗口
1. 轨迹
轨迹是一系列测量数据点的连线。轨迹设置将改变数学运算和测量的数据点，要 7
改变一条轨迹的设置，必须首先选定激活一个轨迹。选定一个轨迹，点击Trace
Status 按键，可以进行下面的参数设置：
Parameter 参数
Format 格式
Scale 坐标尺度
Calibration ON / OFF 校正开关
Trace Math 轨迹运算
Markers 光标
Electrical Delay 电延迟
Phase Offset 相位偏移
Smoothing 光滑
Transform 转换
2. 通道
矢量网络分析仪包含32个独立的通道
通道设置决定了轨迹数据点的测量方式。所有在一个通道中的轨迹具有相同的通道设置。在设置一个通道时，通道首先要被选定，点击Trace Status 键，下面是通道的设置。
Frequency span 频率扫描
Power 功率扫描
Calibration data 校正数据
IF Bandwidth 中频带宽
Number of Points 数据点数
Sweep Settings 扫描设置
Average 平均
Trigger (some settings) 触发
3. 窗口
窗口用来观看轨迹图像。矢网可以显示16个窗口，每个窗口可以包含四个轨迹并且每个窗口可以包含相同或者不同的通道。
下面这个窗口包含两个轨迹，两个轨迹都是相同的通道1，设置如图所示。
8
4.窗口管理
怎样创建一个新的窗口？
用下面的任意一种方法
按
点击Trace，New Trace。选New Window
点击Window，然后选择New。一个新的窗口显示，具有默认轨迹（S11,Ch1）
怎样全屏浏览一个窗口？
当超过四个窗口出现在屏幕上时，轨迹状态面被隐藏，分辨率变差。为了全屏浏览，可以用下面的方法：
按屏幕。
，然后按。再次按下可以缩小
9
第三章 基本的测量顺序
3.1 建立测量
3.1.1 预设仪器
1． 预设默认条件，用下面的两种方法：
点击浏览矢网出厂默认条件：
2. Frequency Settings(频率设置)
Measurement Parameter
（测量参量）
Start Frequency
（初始频率）
Stop Frequency
（终止频率）
CW Frequency
（连续波频率）
3. Power Settings(功率设置)
Test Port Power -5 dBm for E8362/3/4 B, standardMinimum frequency of the PNA
（矢网最低频率）
Maximum frequency of the PNA
（矢网最高频率）
1 GHz
S11
（测试端口功率）（本仪器默认功率为-5 dBm）
Port Power CoupledOn（开）
（端口功率连接）Auto Attenuation
On（开）
10
（自动衰减）
Attenuator Value
（衰减器值）
Power Slope
（功率升降）
Slope Value
（升降功率值）
4. Sweep Settings (扫描设置)
Type（类型）
Mode（模式）
Generation（产生）
Auto Sweep Time（自动扫描时间）
Number of Points（测量点数）
5. Segment Sweep Settings(阶段扫描设置)
Active Segments（激励部分）
Start Frequency（初始频率）
Stop Frequency（终止频率）
Number of Points（测量点数）
Power（功率）
1
PNA start frequency1 GHz for E836xA/B
21
-5 dBm for E8362 B
IF Bandwidth（中频带宽）
Dwell Time（停留时间）
6. Trigger Settings(触发设置)
Source（源）
Mode（模式）
Display Settings(显示设置)
Format(格式) ： Log Mag
3.1.2 选择测量参数
Internal（内部）
Sweep（扫描）
35 kHz
630.00
μsecs
Linear Frequency（线性频率）
Continuous（连续）
Analog（模拟）
On（开）
201
0 dB/GHz
Off
0 dB
11
对于两个端口的矢量网络分析仪，用四个S参数来表示。反射测量为S11、S22，透射量为S21、S12。
1. 建立一个新的轨迹线。
2. 改变测量轨迹线
3. 新轨迹线和测量对话框
4. 其他轨迹类型。
3.1.3频率范围设置
12
1. 初始频率，终止频率；中心频率，扫频带宽设置
2. 点频设置
3.1.4 功率设置
1.功率开关及其大小设置
13
2.扫描设置
3.1.5 扫描设置
1. 扫描类型的设置。
扫描的类型包括：线性频率扫描、对数频率扫描、功率扫描、时间扫描、区段扫描。在扫描特性中，可以设置起始、终止频率，扫频点数等。
14
2. 区段扫描表格设置
3. 扫描时间设置
最小扫描时间根据扫描点数而定，另外扫描实际和传输线的长度有关，一般而言，扫描时间设置为0.5s或者1s即可。
15
4. 扫描设置
3.1.6 数据格式及坐标比例
1. 数据格式包括：
(1) Linear Mag: 即Linear Magnitude Fotmat.只显示正值。
Y轴表示：曲率测量时没有单位；非曲率测量单位为（W）。
(2). Log Mag:即Log Mag (Logarithmic Magnitude) Format.
测量幅度值；Y轴单位为dB；典型的测量：返回损耗，插入损耗或者增益。
(3). Phase:即Phase Format
Y轴表示相位，单位度；测量相位差。
(4) Group Delay: 即Group Delay Format
Y轴表示时间。
(5). Smith Chart:即Smith Chart Format
给出史密斯圆图。
16
(6). Polar
给出极化图
(7). SWR（驻波比）
驻波比计算公式为：Γ=1+ρ
1−ρ(8). Real：显示复数信号数据的实部。
(9) Imaginary：现实复数信号数据的虚部。
2. 各种格式的设置如下图所示：
17
3. 坐标轴每一格大小及其水平线的设置如图所示：
3.1.7 设置触发
触发分为内部触发，外部触发，以及手动触发。E8362B矢量网络分析仪支持外部触发，具体参见help。
18
3.1.8 图形窗口设置
通过设置可以选择不同轨迹在窗口中的表现形式。
Overlay Stack 2
Split 3 Quad 4
19
3.2 提高测量精度
3.2.1 提高动态范围
1. 提高输入功率
大的输入功率和接收功率很容易被探测，可以提高系统的动态范围。
2.降低噪声水平
3.2.2 提高测量点数
选择合适的轨迹测量点数，是的测量估计具有足够的分辨精度。通常，快的扫描选择少的测量点数，提高系统的灵敏度；慢的扫描选择多的测量点数，提高数据的精度。
测量点数的选择通过下面的方式进行，系统默认测量点数为201。
3.2.3 提高相位精度
1. 电延迟的设置
电延迟史指时间上的延迟，其中Velocity Factor 表征波在介质中的速度因子，在真空中为1，在聚乙烯中速度因子为0.66，在聚四氟乙烯介质中为0.7。
20
2. 相位延迟的设置
3.2.4 噪声减小技术
1. 设置平均量
对测量数据进行平均，如下图所示，可以通过选择不同的平均因子，来降低噪声。
2. 设置中频带宽
中频带宽滤波器可以从40KHz降低到1Hz，降低中频带宽可以精度噪声信号的影响。但低的中频带宽需要长的扫描时间。
21
选择不同中频带宽对信号的影响。
3. 平滑处理
平滑处理可以对测量的信号进行平滑，可以选择不同的平滑因子，平滑处理对测量时间没有影响。
平滑前后的数据曲线如下图所示。
22
第四章 网络分析仪的校准
4.1 双端口校准（SOLT）
双端口校准步骤如下：
1. 在网络分析仪（E8362B）打开电源前请将其接地。
2. 根据需要把连接器和额外的电缆接到网络分析仪。用网络分析仪电缆时要非常仔细，不要使它们过份弯曲。
3. 接通电源，开启“Power”按钮。
4 进入界面后，设置测量参数：起始终止频率、测量点数、扫描时间等。
5 进入校准界面。进入校准界面有三种方法，如下图所示。
6. 进入下图界面，选择“Unguided Calibration Use Mechanical Standards ”，点击“next”
7. 进入如下图界面，选择“Full SOLT 2-PORT”，并且选择“View Selected Cal Kit”，进入下一步。
23
8. 选择“85052D 3.5mm Calibration Kit”。进入下一步。
将“Open”校准件连接在测量线终端，点击Open。然后依次连接“short”，“load”；将两端口连接，校准“THRU”，然后依次校准端口2“Open”，“short”，“Load”.
9. 然后点击下一步
点击“Finish”。完成校准，或者将校准存储已被以后只用。
10 选择一个存储地址，保存校准。
4.2 TRM校准
对于开路测量通常采用TRM（THRU- Reflect-Match）方法校准。对于TRM方法首先要对匹配负载（Match）进行定义。
TRM校准的基本过程：
1. 进入校准界面，选择“Advanced Modify Cal Kit”。
24
2. 进入下面的界面，选择“Edit Kit”，点击OK
3. 进入Edit Kit编辑对话框。在Kit ID中填写自己要标记的文件名，Kit Description填入自己对校准的注释。在Connectors中选择“Add”
25
4. 进入“Add Connectors”对话框。参数按照表1填写。
6 在Class Assignments 中选择“TRL”，进入“Edit”，参照表1填写参数
表1 自由空间TRM校准件定义
26
7. 进入“Add”，“Edit”编辑。参照表1填写。
完成“THRU”、“Reflect”、“Load”的定义。
8 完成双端口测量的5-7步。
9 选择“Full TRL 2-PORT”，“View selected Cal Kit”。点击下一步。
10 选择刚才定义的TRM校准件的名称“TRM Kit”，进入下一步。
11 校准步骤如下图所示。其中line 为 matched load。“THRU”测量时为开路空间。“Reflect”校准时，两天线之间放金属板。“Matched Load”校准时，两天线之间放吸波材料。
27
12 点击下一步，然后保存校准，完成校准过程。
通常真空罐内的校准如下图所示：
电子束出口电子束出口
THRU Reflect
电子束出口
Matched Load
28
第五章 数据处理
5.1 光标
1. 创建光标
2. 移动光标
激活需要的光标，通过下面的图示或者控制面板中中间的大旋钮改变光标的位置。
29
第六章 时域测量
在电磁波反射和传输测量中，被测目标与地面或周围其他的物体之间可能存在相互作用和散射场干涉，对于某些特定的环境或者目标而言，这种影响可能很大。被测目标直接散射的回波与多重散射回波具有不同的路径，因而在被测目标主回波后可能会出现一系列的重影回波，虽然重影回波的反射强度没有实际目标那么高，但它们也可能达到足以构成同相叠加或反相抵消的程度，因此会引入测量误差。为了减小被测目标与地面或者周围其他物体之间的多路径影响，最方便的方法就是用雷达吸波材料覆盖地面和周围的物体。但由于覆盖吸波材料在一些特定的环境下安装、搬运比较麻烦，而且对等离子体来说，对吸波材料的耐温性能具有一定的要求。另一种消除被测目标与地面和周围物体相互作用的方法是时域门测量技术。就是把被测目标最远部分回波以后的其他所有杂散回波认为的消除，达到时域滤波的目的，这样就可以消除目标与地面多重散射的影响。天线和RCS测量系统都会有多路反射。多路反射信号是周围物体对传输信号的散射引起的，如地面、墙壁、其他的物体等。时域提供了一种消除多路反射影响的有效方法，只是显示时间门内的频率信息，结果是消除多路反射后被测元件的真实信息。
如果只是测量某个频率点的传输、反射、相位等参数信息，而不是扫频测量，必须用吸波材料来消除周围杂散信号的影响，时间门技术不再适用。用点频测量时，也存在一个空间位置上相干的问题，因此要得到较好的点频上的参数量加上吸波材料消除周围环境的干扰是很有必要的。
一、 时域测量特性
在时域中测量网络特性的方法就是对被测件进行瞬态响应的测试，即在被测网络输入端加入理想的冲击函数或阶跃函数信号，观察其输出波形和反射波形的畸变情况，从而判断网络的传输特性和反射特性。网络的时域响应和频域响应的关系是通过傅立叶变换来描述的：频域H(f)到时域h(t)。
量程：在时域测量中，量程是指在时间上的长度，也就是在测量时不会出现重复响应的时间显示，时域响应重复出现的原因是因为频域上点的不连续造成的。测量中，Range=1/Δf，它和频率的点数成正比，而和频率的跨度成反比。有Range=1/Δf=(number of points-1)/Frequency Span。因此，要增加时域测量的量程，通常是增大频率点数，因为减小频率跨度会减小时域的分辨力。
分辨力：在大多数的时域应用中，时域测量的主要的特性是分辨力。就是一个信号从其他信号中区分出来的能力。其主要的限制是逆变换中数据收集的带宽。时域测量中两信号的分辨距离精度为：150mm/Frequency Span(GHz)。例如，40GHz的频率带宽，分辨精度为4mm。测量精度还受处理方法和窗口选择的限制。另外一个重要因素是信号的相对幅度，大的信号能淹没小的信号，时间分辨越好，系统执行越好。
门：门的特征是，可以通过设置有选择的去除反射或传输的响应，保留需要的信息，在 30
转换回频域时，门以外的响应被去除。在一个反射测量中，可以去除不想要的不匹配的影响或别的孤立的和认为是单独的不匹配的影响，在传输测量中，可以去除多传输路径的影响。
二、 时域测量参数：
1. 距离的测量
图1 时域测量电缆线的不连续性
波在传输路径上遇到不连续或者失配的位置时将会有很强的反射，通过测量传输路径中Δt，其中ν为速2度因子，真空中ν=1、聚乙烯（大多数电缆）ν=0.66、聚四氟乙烯ν=0.7，c为真空中不连续处的峰值的时间值，可以测量两个不连续处之间的距离L=ν×c×的光速。如图1所示，横表明一个脉冲从测试端口到达不连续点的总时间，实际的物理长度等于光在不同介质中传输率乘以传输时间，因此要得到真实的长度必须设置号正确的介电常数。纵轴可以表示不同的物理量，取决于所选择的格式，以Linear Magnitude为例，表示在整个频率范围那不连续点的平均值。
2.
反射测量
时域测量可以用来测量整个频段内的反射（或透射）的线性幅度（或对数幅度），可以用来测量整个频段内的电压驻波比。
时域带通模式在障碍点的测量中非常有用，在此以同轴电缆为例来说明。测量时,
给电缆的终端接上不同的负载，然后观察终端的反射情况：电缆终端接完全匹配的负载时，信号全部被负载吸收，不产生反射，因此终端的反射系数很小；电缆终端接失配负载时信号产生部分反射。反射越大，失配越严重。通过反射测量可以观察到各个反射点距离原点的位置以及他们之间的相对位置。也可以打开门的功能观察某点在转换到频域上时全频段的响应情况。
在等离子体反射测量中，通过时间门选取两天线之间等离子体的反射信息，消除远距离障碍物的影响，从而实际的反应等离子体对电磁波反射的影响。如图2所示，波到达障碍物的时间t2大于波到达主反射体的时间t1，通过时间门去除大于时间t1的反射，从而可以得到真实的主反射体的信息。
31
主反射体物碍障t1t2发射天线
图2 障碍物对反射的影响
plasmaρ(dB)t
图3 时域测量电磁波在有等离子体介质时的反射系数
3. 传输测量
天线和RCS测量系统都会有多路反射。多路反射信号是周围物体对传输信号的反射引起的，如地面、墙壁、其他的物体等。时域提供了一种消除多路反射影响的有效方法，只是显示时间门内的频率信息，结果反应了消除多路反射后得到的被测元件的真实信息。在时域上可以观察到频域不能看到的射频泄漏、高次谐波、以及各类寄生杂波干扰的响应，如图4所示。加上门的功能后的时域转换到频域上时，显示的只是主通道传输的响应。
32
图4主通道及各个杂波的响应
图5 8-12.4GHz天线的频域响应
图6 时域频域转换
图5为传输测量示意图，为了得到主路径的信息而消除地面反射等杂散信号的影响，可以利用时域门的方法。图6 为频域时域转换图。左上图为包含多路径影响的传输信号在8-12.4GHz频域内的变化情况。左下图为包含多路反射的时域响应。右上图为去除多路反射后的主通道的时域响应。右下图为去除多路反射后主通道的频域响应。
三、 时域测量在地下室真空罐中的应用
33
发射天线电子束出口101.5cm51.5cm72cm法兰150cm接收天线
图8 真空罐尺度示意图
1. 距离的测量
图9 时域测量图(SWR，4-8GHz)
图9 给出了时域测量电磁波在空间点反射系数示意图。通过测量驻波点位置，可以很好的反映某个空间点不连续。光标2为发射天线的位置t1=16.5177ns，光标3为接收天线的位置t2=23.3040ns，Δt=6.7863ns，计算得到两天线之间的距离为101.79cm，实际测量两天线之间的距离为101.5cm。
2. 反射测量
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-5-10-15(dB)量反射-20-25-30-35-40-45-504.00E+009 本 加 加底吸波材料时域门6.00E+0097.00E+0098.00E+0095.00E+009频率(Hz)
图10 反射量与频率的关系（有吸波材料，加时域门和本底的对比关系）
图10给出了本底和加吸波材料、加时域门三种条件下频率与反射量的对比关系。可以看出反射量在加吸波材料的情况下与本底没有明显的变化，一方面是由于系统本身的各个不连续点的反射引起的干涉现象造成的，再者就是周围环境的影响造成的。系统的原因有：电磁波在通过同轴线转换头，微波天线激励头、天线透镜时会出现强的反射点；外部环境的影响主要是容器壁的反射，这些反射点会在接收系统中引起干涉现象从而引起反射量的扰动。而加上时域门后，反射量的扰动现象得到明显改善。本次实验中，时域门取两天线之间的反射信息，即图9中发射天线的位置t1=16.5177ns到接收天线的位置t2=23.3040ns的时间段，这样反射信号只是反应了两天线之间的信息，对于传输时间t
由图8真空罐尺度示意图可以看出，发射天线到电子束出口、法兰的距离比到接收天线的距离近，电子束出口、法兰口处的反射在所设置的时间门之内，不能用时域法消除。
3. 传输测量
图11给出了本底和加吸波材料、加时域门三种条件下频率与透射量的对比关系。加吸波材料的情况下，器壁的引起的多路径反射大部分被消除，因此扰动现象比本底得到明显的改善。对于透射信号来说，容器壁四周都铺上吸波材料可以使器壁的反射得到明显的改善，但是这个真空罐系统中由于条件的限制，不可能四周都铺上吸波材料，再加上材料对真空度有影响，吸波材料不能完全的耐高温等，器壁周围都铺设吸波材料是不可行的。加上时域门后，能够消除周围器壁多次反射的影响，得到电磁波通过主通道的传输信息。从图11中可以看出，时域门测量与本底和加吸波材料的条件下相比较具有很好的一致性。时域测量能够达到真正避免周围多路经反射的影响，从而真实的得到主路径的传输信息。
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-5-10-15(dB)射量透-20-25-30-35-40-45-504.00E+0095.00E+0096.00E+0097.00E+0098.00E+009 本底信号 加吸波材料 加时域门频率(Hz)
图11透射量与频率的关系（有吸波材料，加时域门和本底的对比关系）
四、 时域测量的中注意的问题：
1. 矢量网络分析仪作为一种设备仪器，具有其特性的系统误差和测量精度。主要影响测试能力的是测量精度问题，受其测量特性的限制，如量程、分辨力等限制。在使用的过程中，在被测件允许的频域范围内，尽可能的增大扫频宽度，增加扫描点数，可以提高系统的量程和分辨力。
2. 时域测量中多路信号的排除主要是时间门的选取，正确恰当的选取时间门才能够做到真正排除多路反射信号影响的效果。正确的估计主反射和障碍物反射的时间，恰当的选取时间门。使主通道信息包含在时间门内，而多路反射信息被排除在时间门外。
3. 如果只是测量某个频率点的传输、反射、相位等参数信息，而不是扫频测量，必须用吸波材料来消除周围杂散信号的影响，时间门技术不可用。
五、 总结
时域提供了一种消除多路反射影响的有效方法，只是显示时间门内的频率信息，结果是消除多路反射后被测元件的真实信息。但受系统本身性能的限制，在被测目标的与周围其他物体的距离相当的时候，周围物体的影响将无法从时间门上消除。而且，单个频率点参数的测量不能用时间门技术，要消除周围杂散信号的影响必须用吸波材料。因此，周围物体上覆盖吸波材料与时域门技术两种方法并用，能使周围杂散信号的影响达到最低水平。
时间门技术
在单天线反射测量中，反射信号常常无法测量，或者测量范围太小，如图1（a）所示。我们从时域信号来分析一下具体原因。图1（b）给出了待测金属板和吸波材料反射信号的时域信息，图中标记出了激励头、天线面、金属板、二次及三次反射等反射信号的信息。可以看出激励头、天线面的反射量接近甚至大于金属板的反射量，因而金属板的反射信息根本无 36
法测量。吸波材料的反射信号比金属板的反射信号更弱，因而更无法测量。另外，不同时间、信号幅度可比的信号被接收天线接收时，会产生干涉现象，频域上会出现波动现象，如图1（a）。我们利用时间门的方法去掉激励头、天线面等强反射信号的影响，如图1（c）所示，我们可以得到弱反射信号的信息。图1（4）给出了加上时间门去掉强反射信号后得到的金属板反射信号与吸波材料信号随频率的变化关系。
0-5-10-15-20-40激励头天线面金属板二次反射 Reflector(Time domain) Absorber(Time domain)Power(dB)-20-25-30-35-40-454.55.05.56.06.57.0Power(dB)-60-80-100三次反射 Refector Absorber(a)-120-140-100(b)1Frequency(GHz)Time(ns)
-10-20 Reflector Absorber-15-20 Reflector(Time gate) Absoober(Time gate)(d)-40(c)Power(dB)-25-30-35-40-45Power(dB)-60-80-100-120-50-1604.55.05.56.06.57.0Time(ns)Frequency(GHz)
图1
下面我们来研究一下，在被测信号的反射量与其他干扰信号的反射量可比的情况下，加不同时间门对电磁波反射信号影响。图2（a）黑线给出了没有加时间门时，各种反射信号的时域信息。从图2（a）中可以看出各种反射信号的信息与被测信号可比，我们只取被测信号所在时间区域内的信息，反射信号随频率的变化关系如图2（b）所示，加上时间门后，各个不同的被测物体的反射量能够分辨出来，5cm海绵锥衰减约为12dB，海绵块衰减约为16dB，双面海绵锥衰减约为25dB，这与双天线测量的结果是一致的。
图3给出了时间门包含被测物体前端45cm一段区域内信息时（图3（a）），反射量的变化关系。由图3（b）可以看出，在频域上各个被测物体的反射信息依然能够很好的分辨出来。我们进一步加大时间门的范围，时间门取包含被测物体前端100cm内的区域（图4（a）），可以看出，此时包含进来的干扰信号已经开始影响被测物体的测量，干扰信息虽小于被测物体的反射信号，到达接收天线后已经开始和被测信号发生干涉，频域上出现波动现象，如图4（b）所示。
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0-20-40被测件位置28cm强反射物体 Reflector(No gate) Reflector 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65Power(dB)-60-80-100-120-140-160-53540Power(dB)(a)-70-75-804.5 Reflector 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥(b)5.05.56.06.57.0Time(ns)Frequency(GHz)
图2 时间门只包含被测物体的区域
0-20-40-1015cm-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65-70-75-803040Power(dB)-80-100-120-140-160-1001020Power(dB)-60 Reflector(No gate) Reflector(Gate) 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥(a) Reflector 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥(b)4.55.05.56.06.57.0Time(ns)Frequency(GHz)
图3 时间门含被测物体及前端45cm区域
Reflector(No gate) Reflector(gate) 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥1050-5-10-150-20 Reflector 5cm海绵锥 海绵块 双面5cm海绵锥Power(dB)Power(dB)-40-20-25-30-35-40-45-50-55-60-80-100(a)-10-5354045-60-65-70(b)4.55.05.56.06.57.0-120Time(ns)Frequency(GHz)
图4 时间门含被测物体及前端100cm区域
对于传输信号，利用时间门的方法可以消除周围杂散信号的影响。图5（a）给出了传输信号随频率的变化关系。没有加时间门时，传输信号存在波动现象，这主要时因为杂散信号的幅度已经与被测信号可比（如图5（b）中黑线所示），从而相互作用发生干涉现象。时间门只取主通信号的信息，去除各种杂散信号，如图5（b）红线所示，干涉信号被消除，从而不会有干涉现象的出现，如图5（a）红线所示。
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-20-20-25 S21(No gate) S21(Gate) No gate Gate-40-60-30Power(dB)Power(dB)4.55.05.56.06.57.0-80-100-120-35-40-45-140-160-1-50frequency(GHz)Time(ns)
图5 传输量的时域信息
时域测量中两信号的分辨距离精度为：150mm/Frequency Span(GHz)。在我们的测量系统中，扫描带宽为2.5GHz，因此分辨精度为60mm。如图6所示，窗函数选为最小，使得分辨率最大，6cm的距离时系统能分辨出峰值点，5cm距离时系统已经无法分辨出峰值点。
0-10-20-30-40-50-60-70-80-4-261820峰值点 5cm 6cmPower(dB)Time(ns)
图6 系统分辨率测量
减小窗函数，可以提高系统的分辨率，但是会影响系统的动态范围。高的分辨率会降低系统的动态范围，如图7所示。
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0 windows(6) windows(0)-20-40Power(dB)-60-80-100-120-1Time(ns)
图7 不同窗函数条件下系统的动态范围
由以上讨论可知，时间门的选取必须考虑干扰信号的影响，干扰信号的幅度应远小于被测信号的幅度。从而使得被测信号不会被杂散信号发生干涉，更好的获得被测信号的信息。为更好的提高分辨率，就要减小窗函数，但是这样会减小系统的动态范围。因此，在加时间门的过程中，既要兼顾分辨率又要保证动态范围。通常选择中等窗函数，提高系统的分辨率；准确的确定被测物体的位置，时域上只取被测物体的信息。
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