论文总字数：26116字

摘 要

本课题主要是对矢量网络分析仪进行研究，设计一款矢量网络分析仪软件，从研究背景和现状、测量原理、需求分析、软件设计等方面进行介绍，最后完成了用户界面设计、扫描频率的设置功能、S参数的测量和不同格式显示，操作也十分简单，该矢量网络分析仪软件有很好的框架和稳定性，为以后增加功能、添加接口和增加DUT选项等打下了很好的基础，易于以后软件完善和修改。

论文首先从测量原理、Smith圆图、S参数计算、操作区介绍四个方面对矢量网络分析仪核心关键技术进行了介绍。然后对软件设计的关键技术进行了介绍，包括软件需求分析、软件设计思想和开发工具、高速绘图控件以及设计思路。设计的内容分别包括软件图标的设计、用户界面的设计和功能区的算法实现。本次软件的功能区仿照台式矢量分析仪，包括STIMULUS区、PARAMETER区、FORMAT区、DUT区、用户输入区和图像显示区，采用Windows系统 Visual Studio 2012 MFC应用程序进行算法实现，设计软件时的参量控制、传递以及软件功能始终参考控制模块、用户交互模块、数据分析处理模块、被测元件数据设置这四个模块之间的关系。

本文的创新点是采用MFC进行矢量网络分析仪的设计，利用元件的原理公式进行S参数的计算和显示，界面美观易操作，软件可维护易修改。

关键词：矢量网络分析仪；MFC；S参数；Smith圆图

Abstract

This paper mainly studies the vector network analyzer（VNA）and designs a software of vector network analyzer. Then it introduces background and current situation of the VNA, measurement principle, demand analysis, software design, etc., and finally it realizes the user interface design, scanning frequency setting function, s parameter measurement and different format display. the operation is very simple. The software of VNA has a good framework and stability, which lays a good foundation for adding functions, interfaces and DUT options in the future. It is easy to improve and modify the software in the future.

Firstly, the paper introduces the key technologies of VNA from four aspects: measurement principle, Smith chart, S parameter calculation and operation area. Then the key technologies of software design are introduced, including software requirement analysis, software design ideas and development tools, high-speed drawing controls and design ideas. The design includes the design of software icon, the design of user interface and the algorithm of functional area. The functional area of the software is modeled on the desktop vector analyzer, including stimulus area, parameter area, format area,DUT area, user input area and image display area, using Windows system Visual Studio The algorithm of 2012 MFC application program is realized. The parameter control, transmission and software function of the software design always refer to the relationship among the control module, user interaction module, data analysis and processing module, and data setting of tested components.

The innovation of this paper is to use MFC to design the vector network analyzer, use the principle formula of components to calculate and display the S parameter, the interface is beautiful and easy to operate, the software is maintainable and easy to modify.

Key Words：VNA; MFC; S parameter; Smith chart

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究的背景、目的和意义 1

1.2国内外研究现状和发展历程 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 2

1.3课题研究内容 3

1.4预期目标 3

第2章 网络分析仪核心关键技术 4

2.1测量原理 4

2.2Smith圆图 5

2.3S参数计算 8

第3章 系统软件设计指标和思路 9

3.1软件需求分析 9

3.2软件设计思想和开发工具 10

3.3高速绘图控件介绍 11

3.4设计思路 12

3.4.1设计步骤 12

3.4.2用户界面设计 12

3.4.3软件图标设计 15

第4章 算法实现与测试 16

4.1软件算法实现 16

4.1.1全局变量 16

4.1.2用户输入区算法实现 16

4.1.3绘图区算法实现 21

4.1.4STIMULUS区算法实现 22

4.1.5PARAMETER区算法实现 23

4.1.6FORMAT区算法实现 25

4.1.7DUT模块算法实现 29

4.2软件测试 29

4.2.1软件操作流程 30

4.2.2软件测试结果 30

第5章 结论与展望 33

5.1结论 33

5.2展望 33

参考文献 34

致谢 35

第1章 绪论

1.1 研究的背景、目的和意义

研究背景：随着测量技术的发展，测量需求的提高，矢量网络分析仪也在快速地对更新换代，现在的网络分析仪的主要特点是集成度高、频率范围大、测量速度快、数据处理能力强、容易操作。如今分体式矢量网络分析仪已经逐渐淘汰了，一体式网络分析仪的使用较为广泛^[1]。网络分析仪软件设计所基于的操作系统有多种，如Windows系统，系统稳定且界面友好，多用于桌面型网络分析仪，仪器的操作依赖于鼠标和键盘，Linus系统多用于便捷式网络分析仪，仪器操作仅由键盘完成。目前软件开发语言应用较多的是以下三种，分别是：Python语言，C 语言和Labview语言^[2]。

研究目的：本文针对双端口网络分析仪测量微波元件的S参数，编制一款网络分析仪了解可视化模拟软件矢量网络分析仪的结构、功能和操作流程，对S参数的计算和概念、Smith圆图的基本知识和概念、软件设计的基本知识有熟悉的了解，最后按照技术要求进行软件设计。

研究意义：随着通讯行业的飞速发展和人们对网络需求量的爆炸性增加，人们对测量仪器有了更高的要求，其中，网络分析仪作为一个重要的测量仪器，其发展也是非常迅速。网络分析仪软件系统设计的合理性对仪器本身的影响很大，可以直接影响到系统测试精度。

1.2 国内外研究现状和发展历程

矢量网络分析仪的生产厂家主要有是德科技、泰克、罗德与施瓦次、中国电子科技集团41所、创远仪器、天津德力、成都天大仪器等等，其中是德科技在业内处于领先地位。是德科技的E5080A软件，使用者可以通过触屏完成测量和获得测量结果，不仅能够测量多个和不同格式显示的S参数，而且还能够通过多个窗口显示和实现多种类型的保存格式。

罗德与施瓦次矢量网络分析仪的频率达到了500GHz,其ZNA系列提供独特的以被测器件为中心的操作方法。泰克的TTR500系列为双端口双路径矢量网络分析仪，将6个RF接收器和两个射频信号源紧密集成到一个专有ASIC中，凭借创新型架构和专利技术，具有可媲美台式矢量网络分析仪的性能水平，但成本降低了40%，且其尺寸与重量仅为同等性能设备的七分之一，使用方便，支持鼠标点击操作，可以很方便的与其他计算机联网通信，还提供了离线数据分析模式。

1.2.1 国外研究现状

2009年，Caterina Merla等人提出了一种同态去卷积改进的手持频谱分析仪（在VNA模式下使用）^[3] 。它是一种在400MHz~5GHz范围内测量液体复介电常数的低成本方法，用该手持频谱分析仪去代替通常在此类应用中使用的台式矢量网络分析仪。该系统可以由在Labview环境中使用的软件远程控制，实现数据采集和后处理，提供了测量校准液体介电常数实部和虚部的实时频率趋势，可以测量散射参数S11。相对于台式模型，手持VNA的性能较低，会导致介电常数谱的不精确性，但基于同态去卷积的后处理软件可以消除这种不精确性，并且它还具有易处理、易移动、价格廉价的优点，比如该便捷式系统的成本还不到商业解决方案的一半，该方法用途广泛，适应于不同应用中的现场测量，同时保持可靠频谱结果。

2017年7月，Hasar等人提出了一种简单的校正算法，用于在不需要两端口校准的情况下提取双端口器件的全S参数^[4]。该方法的优点是不需要任何反射标准（这在某些环境下很难实现）提取双端口设备的全S参数，通过对双端口器件S参数的测量和仿真，验证了算法的正确性和基本表达式。

2017年8月，Paul Starke等人提出了一种实现宽带可调谐匹配滤波器（TMF）的通用方法^[5]。它利用固定电感和可调电容的LLC滤波器网络可以将带宽上的高欧姆阻抗转换为低欧姆源的普遍可能性，通过DTC和固定电感证明了可以将小信号匹配到50Ω并且具有倍频调谐范围。该可调谐匹配滤波器可应用于不同频带，显示出了很大范围内全集成技术的优点，在-20dbm输入功率下测得的S参数测量结果与仿真结果吻合较好，对现在的工艺特性进行了比较，提出了利用传输线降低电感值可以提高中心频率并保持较高的品质因素。

1.2.2 国内研究现状

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