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摘要：本文深入分析了新一代矢量网络分析仪的软件工作原理，并对数据采集、数据处理过程进行了剖析，并提出了解决方案。整个系统软件设计简洁、高效，再加上合适的误差修正技术，测试精度很高，能够满足设计要求。关键词：矢量网络分析仪 校准 数据采集 滤波器
1007-9416（2013）03-0166-01
1 引言
矢量网络分析仪以高速度、高精度和多种测量能力及便宜的为许多具有大量重复测试的工业生产环境提供了新的测量工具。下面就具体分析一下新一代矢量网络分析仪软件的工作与设计原理。
2 软件工作流程
矢量网络分析仪开机后，在BOOTROM的引导下，先初始化系统变量，下装图形系统处理器和数字信号处理器软件，在图形系统处理器开机后，开始系统自检。自检结束后，进入操作系统程序，初始化系统状态，计算误差校准系数，最后进入事件分支处理流程。3 数据采集和数据处理
3.1 数据采集
矢量网络分析仪的数据采集过程是由数字信号处理器来完成的。在矢量网络分析仪的设计中用DSP软件生成的数字滤波器代替了传统的模拟滤波器，将接收机的中频信号转换成原始测量数据。这里数字处理技术与模拟的信号处理技术相比具有灵活性好、精度高、可靠性好、可大规模集成等的优点。当信号通过时不变系统后，会产生幅度响应和相位响应。如在矢量网络分析仪中，接收机混频滤波后的中频信号为Acos（2πf+θ），其中A为产生的幅度响应，θ为相位响应，f为27.778KHz的载波中频。在DSP实际软件设计中，构造了一个函数cos（2πf）与该信号混频，得出信号cos（4πf+θ）和cosθ，进行滤波后，得出cosθ，同样再构造了一个函数sin（2πf）进行混频，滤波后得出sinθ，这样由cosθ与sinθ就可以求出响应信号矢量值。中频数字滤波也就是要用软件构造这样一个低通滤波器，以滤除频率为两倍于中频的混频信号。低通滤波过程可以看做为输入信号频谱与低通滤波器的频谱的乘积，又因为信号频域的乘积等于信号时域上的卷积，所以数字滤波实际上是在DSP软件构造逼近低通滤波器时域特性一个波形，用它来对输入信号进行时域卷积。
数据采集过程是数据的采样过程，采样的结果是离散序列。因为是离散信号的处理过程，这里对应于连续信号模拟频谱的是Z平面上数字频谱。因为付氏级数的突然截尾造成级数收敛性变差而形成振荡，所以频域上实际的滤波特性与理想低通滤波器不完全一致，在通带内会形成肩峰，在阻带内会形成余振，还会形成过渡带。这些可以改善截取窗函数的特性加以弥补，这里不给出详细的公式推导。
矢量网络分析仪软件设计中，数字中频带宽总共有四种15Hz、250Hz、3700Hz、6500Hz，分别对应于设计的四种数字滤波器3dB带宽，在这四种数字滤波方式中，对每个测量点的采样点数即数字滤波器的阶数分别为2025、245、15，5，带宽越窄，滤波器特性越理想，采样和卷积次数越多，测量的速度也就越慢。矢量网络分析仪数字滤波器采用横截型的结构，最小阻带衰减达-70dB。
3.2 数据处理
射频矢量网络分析仪的数据流图如上图所示，椭圆形框表示数据源或数据终点，方形框表示对数据的处理过程。数字中频滤波后的原始数据为R、A、B、AUX，经过A/R或B/R的比例变换后，根据当前的测量模型及测量环境计算所得来的误差校准系数矩阵进行系统误差修正和矢量平均，矢量平均是多次测量去平均值以消除随机误差的方法，校准好的测量数据被送往主机，主机可以将测量数据和存储的数据曲线进行轨迹运算，并负责反FFT变换，将测量数据转换到时域，最后进行单位运算、比例和偏移运算，将结果送往图形系统处理器输出到屏幕。参考文献
温小雨.《四端口矢量网络分析仪误差校准及修正》[D].西安电子科技，2008.
刘宏.《矢量网络分析仪的校准方法》[J].《电子质量》，2011年07期.
[3]宋寿鹏.《数字滤波器设计及工程应用》[M] 第一版.江苏大学出版社，2009.6.