目前，在许多自动化测试和实验室测试场景中，都需要对具有大量端口(超过8个端口)的设备或同时对多个独立设备/信号路径进行测试。多输入/多输出(MIMO)和波束形成天线系统的爆炸式增长只是其背后的部分原因。
无线模块中的器件数量也在大幅增加，它们最终也需要在后期制作中进行质量测试。此外，许多无线通信技术，例如5G/6G和Wi-Fi，也正在扩展频段数量。这些多频段系统还需要进行有效、准确的测试，不仅是为了表征，还为了质量和一致性测试。
为了解决上述部分测试挑战，可以采用比典型端口数量更多的矢量网络分析仪(VNA)。一方面，现在可以使用具有大量端口的VNA系统，但也始终可以选择订购具有更多端口数量的定制VNA系统。如此庞大的VNA单元只需要提供源和接收电子设备以及每个端口的测量电桥(定向耦合器)，以及处理和存储从测试中所获得的数据的能力。
图1：矢量网络分析仪对于特定测试解决方案在端口数方面有各种配置。(图片来源：罗德与施瓦茨)
这样大端口数的VNA，也可以通过使用最近可用的模块化 VNA 架构来实现，其中最常见的是基于PCI/PXI系统。这些模块化的VNA可以扩展到PCI/PXI基本单元的任何最大插槽数。其中一些模块化的VNA还可以实现多站点操作，因此理论上可以扩展到数十个甚至上百个端口。
另一种选择是使用开关矩阵解决方案或 VNA 端口扩展单元来扩展现有 VNA 的端口数。VNA端口扩展单元也即可实现全交叉操作的开关矩阵，该单元中的每个端口之间都有一条路径。这涉及到在开关矩阵的每个测试端口的输出端包含测量电桥(定向耦合器)。为此，VNA必须具有可访问的激励(源)和接收器端口，以连接到VNA端口扩展单元。
真正的多端口VNA和配备高端口数的模块化VNA通常都很昂贵。然而，这些单元可能是交钥匙解决方案，并带有内置软件以及可协助进行本质上复杂的多端口VNA校准的方法。这样的单元也必然很大，因为它们必须为每个端口的激励、接收器和测量电桥提供散热管理和互连。
图2：多端口VNA和模块化VNA通常都配备了内置软件。(图片来源：是德科技)
真正的多端口VNA很可能会提供最佳性能。这意味着，真正的多端口VNA将具有最高的动态范围，最佳的测量精度，并且可能是最快的测试解决方案。专门为极高端口数构建的定制多端口VNA，在理论上优于其他多端口VNA解决方案。然而，定制VNA还需要定制方法来捕获、处理、存储和呈现数据。定制 VNA 单元也可能是最昂贵的解决方案，并且可能占用空间最大。
模块化VNA的性能往往不如真正的多端口VNA，因为为了实现紧凑的模块化设计，所做的权衡往往会导致性能略低于大型VNA。此外，对于一些模块化VNA单元，将端口数扩展到一定数量以上，可能需要购买软件许可证或请求提供定制软件以适应如此大的端口数。
成本最低也可能最容易获得的解决方案，是使用开关矩阵或 VNA 端口扩展单元来扩展 VNA 端口。这些单元确实需要额外的软件和控制方法来在所有必要的状态之间切换，并要求进行非常复杂的校准。此外，在VNA端口测量电桥后添加开关矩阵会增加损耗，并且还会降低测量稳定性。
使用 VNA 端口扩展单元，通过将开关矩阵放置在测量电桥后面，有助于减轻测量稳定性的一些损失。然而，无论哪种方式都会损失一些动态范围，并且测量系统中都会增加噪声。
Jean-Jaques (JJ) DeLisle是美国罗切斯特理工学院的电气工程毕业生(MS)，在模拟和射频研发以及设计工程出版物的技术写作/编辑方面拥有丰富的背景。他为Planet analog撰写关于模拟和射频的文章。
（原文刊登于EDN姐妹网站Planet Analog，参考链接：Choosing between multiport VNA and modular VNA，由Franklin Zhao编译。）
本文为《电子技术设计》2023年4月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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