什么是矢量网络分析仪 (VNA) 时域？什么是时域分析？

时域一词在不同的应用环境中可能指不同的事情，在这份应用指南中，我们对惯用术语的解释如下:

时域-指在时间范畴内进行的分析或时域测试结果的显示，这种分析和测试结果显示在 X－Y 曲线上，X 轴表示的是距离 (电长度) 或时间；Y 轴表示的则是幅度信息 (通常为阻抗或电压)。

时域反射计TDR技术

指利用快速阶跃信号发生器和接收机来进行传输或反射的测量方法。时域反射计TDR是对具有这种测试能力的示波器的通称。请注意，安装了适当的软件之后，用 TDR 方法测量也可以得到 S参数 (见图 1)。

矢量网络分析仪 (VNA)

指用矢量网络分析仪 (VNA) 进行比值测量的方法，这种方法是用一个反射信号接收机或传输信号接收机对扫频连续波 (CW) 激励源进行跟踪，测试结果通常显示为 S参数。这份资料主要讲述如何把用矢量网络分析仪测到的 S参数数据转换成时域测试结果。

时域反射计TDR技术和时域分析的历史

时域反射测试技术 (TDR) 是在 20 世纪 60 年代初引入的，采用与雷达相同的工作原理 — 把一个冲激信号送入一条被测电缆 (或其他可能不是良好导体的被测器件或设备)，当该冲激信号到达电缆末端或电缆上的某个故障点时，一部分或全部冲激信号便会被返射回测试仪表。TDR 测量方法就是把一个冲激或阶跃激励信号发送到被测器件，然后观察信号在时域内的响应。测试时，使用一台阶跃信号发生器和一台宽带示波器，把阶跃信号发生器产生的上升沿速度极快的激励信号送进被测传输线，然后用宽带示波器观察传输线上某处入射电压波形和反射电压波形，通过测量入射电压与反射电压之比，便能计算出传输线上这个阻抗不连续点处的阻抗值，而这个阻抗不连续点的位置则可以作为时间函数根据信号沿着传输线传播的速度计算出来。阻抗不连续性的性质(电容性的或电感性的) 可以根据其信号的响应特征加以识别。

虽然我们过去惯用的 TDR 示波器作为定性测试工具一直非常有用，但存在一些影响其测试精度和有效性的限制因素:

a) TDR 输出的阶跃信号的上升时间—测量结果在空间上的分辨率取决于阶跃信号上升时间的快慢；

b) 不是特别理想的信噪比－这是由于示波器宽带接收机的结构引起的。

随后，在 70 年代，研究表明频域与时域之间的关系可以用傅立叶变换进行描述。与频率有关的网络反射系数经过傅立叶变换之后就可以得到随时间变化的反射系数，例如传输线上的距离。这样就有可能先在频域内测量被测器件的响应，然后用数学方法对这些频域数据进行傅立叶逆变换计算从而给出时域响应。

现在，一台高性能的矢量网络分析仪可以具有极快的计算功能，因而衍生出一些独特的测量能力。使用在频域内误差经过校正的测试数据就可以计算出被测网络对阶跃或冲激激励信号的响应，并且显示为时间函数。这样就给传统的时域反射测试技术提供了既能进行传输测试又能进行反射测试的功能，并增添了对带宽有限制的网络的测量能力。矢量网络分析仪在时域分析可以更为精密，因为它能找出多余的网络部件的位置，从而把这些不需要的数据从被测数据去除掉。

图 1 显示的是无论是使用时域反射计 (TDR) 示波器还是使用矢量网络分析仪 (VNA) 都可以得到时域和频域 (S参数) 的显示结果，使用 TDR 或 VNA 得到的测试结果可以在两种显示形式中互相转换。

图 1. 时域、频域、TDR 和 VNA 之间的关系。

因此，现代时域分析已不再局限于简单的波形观察，而是融合了频域测量与数字信号处理的综合技术。无论是TDR还是VNA，最终都能在时域与频域之间自由切换，实现对被测器件全面、精确的表征。这种多域联合分析能力，已成为高速电路设计与故障诊断中不可或缺的利器。