網(wǎng)絡(luò)分析儀原理及測(cè)量阻抗

1、網(wǎng)絡(luò)分析儀組成框圖    圖1所示為網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部組成框圖。 為完成被測(cè)件傳輸/反射特性測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)分析儀包含；       1激勵(lì)信號(hào)源； 提供被測(cè)件激勵(lì)輸入信號(hào)       2信號(hào)分離裝置， 含功分器和定向耦合器件，分別提取被測(cè)試件輸入和反射信號(hào)。       3接收機(jī)； 對(duì)被測(cè)件的反射，傳輸，輸入信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。   

2、;    4處理顯示單元; 對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行處理和顯示。圖1  網(wǎng)絡(luò)分析儀組成框圖     傳輸特性是被測(cè)件輸出與輸入激勵(lì)的相對(duì)比值， 網(wǎng)絡(luò)分析儀要完成該項(xiàng)測(cè)試，需分別得到被測(cè)件輸入激勵(lì)信號(hào)和輸出信號(hào)信息。    網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部信號(hào)源負(fù)責(zé)產(chǎn)生滿足測(cè)試頻率和功率要求的激勵(lì)信號(hào)，信號(hào)源輸出通過(guò)功分器均分為兩路信號(hào)，一路直接進(jìn)入R接收機(jī)，另一路通過(guò)開(kāi)關(guān)輸入到被測(cè)件相應(yīng)測(cè)試口，所以，R 接收機(jī)測(cè)試得到被測(cè)輸入信號(hào)信息。    

3、被測(cè)件輸出信號(hào)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)分析儀B接收機(jī)，所以，B接收機(jī)測(cè)試得到被測(cè)件輸出信號(hào)信息。B/R為被測(cè)試件正向傳輸特性。當(dāng)完成反向測(cè)試測(cè)試時(shí)，需要網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部開(kāi)關(guān)控制信號(hào)流程。圖2  網(wǎng)絡(luò)分析儀傳輸測(cè)試信號(hào)流程     反射特性是被測(cè)件反射與輸入激勵(lì)的相對(duì)比值， 網(wǎng)絡(luò)分析儀要完成該項(xiàng)測(cè)試，需分別得到被測(cè)件輸入激勵(lì)信號(hào)和測(cè)試端口反射信號(hào)。    網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部信號(hào)源負(fù)責(zé)產(chǎn)生滿足測(cè)試頻率和功率要求的激勵(lì)信號(hào)，信號(hào)源輸出通過(guò)功分器均分為兩路信號(hào)，一路直接進(jìn)入R接收機(jī)，另一路通過(guò)開(kāi)關(guān)輸入到被測(cè)件相應(yīng)測(cè)

4、試口，所以，R 接收機(jī)測(cè)試得到被測(cè)輸入信號(hào)信息。    激勵(lì)信號(hào)輸入到被測(cè)件后會(huì)發(fā)射反射， 被測(cè)件端口反射信號(hào)與輸入激勵(lì)信號(hào)在相同物理路徑上傳播，定向耦合器負(fù)責(zé)把同個(gè)物理路徑上相反方向傳播的信號(hào)進(jìn)行分離，提取反射信號(hào)信息，進(jìn)入A接收機(jī)。    A/R 為被測(cè)試件端口反射特性。當(dāng)需要測(cè)試另外端口反射特性時(shí)，需網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部開(kāi)關(guān)將激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)測(cè)試端口。圖3  網(wǎng)絡(luò)分析儀反射測(cè)試信號(hào)流程 信號(hào)源    信號(hào)源提供被測(cè)件激勵(lì)信號(hào)，由于網(wǎng)絡(luò)分析儀要測(cè)

5、試被測(cè)件傳輸/反射特性與工作頻率和功率的關(guān)系。所以，網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)信號(hào)源需具備頻率掃描和功率掃描功能。    為保證測(cè)試的頻率精度，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)信號(hào)源采用頻率合成方法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)掃寬設(shè)置為零時(shí)，輸出信號(hào)為點(diǎn)頻CW信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)分析控制其輸出功率依靠ALC和衰減器兩個(gè)部分完成。 ALC保證輸入信號(hào)功率的穩(wěn)定和功率掃描控制，由于ALC控制范圍有限，需衰減器完成大范圍功率調(diào).圖4  網(wǎng)絡(luò)分析儀中的信號(hào)源 信號(hào)分離裝置    網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部功分器和定向耦合器分別完成對(duì)被測(cè)件輸入信號(hào)和反射信號(hào)的提取。

6、其中當(dāng)要測(cè)試被測(cè)件某個(gè)端口反射特性時(shí)，必須將定向耦合器直接連接在該測(cè)試端口上。    這兩部分統(tǒng)稱為信號(hào)分離裝置，這部分硬件也通常被測(cè)試為“測(cè)試座”，在一些特殊測(cè)試場(chǎng)合(大功率測(cè)試等)可不使用網(wǎng)絡(luò)分析儀表一體化的內(nèi)置測(cè)試座，而使用外置測(cè)試座設(shè)備。圖5  網(wǎng)絡(luò)分析儀中的信號(hào)分離裝置     電橋用于反射性能測(cè)試，電橋可覆蓋很寬頻率范圍，電橋的主要缺點(diǎn)是對(duì)傳輸信號(hào)有較大損耗。因此對(duì)于給定的信號(hào)源功率。結(jié)果導(dǎo)致輸入到被測(cè)件的功率損失。    定向耦合器

7、負(fù)責(zé)分離反射測(cè)試中的激勵(lì)信號(hào)和反射信號(hào)，這個(gè)功能也可由電橋完成，與定向耦合器相比，電橋可覆蓋更寬的頻率范圍，但其對(duì)測(cè)試的傳輸信號(hào)有較大損耗。    定向耦合器是三端口器件；其三個(gè)端口為； 輸入端，輸出端和耦合端。    在反射測(cè)試中之所以需要定向耦合器，是利用定向耦合的定向傳輸特性。當(dāng)把信號(hào)由定向耦合器輸入端接入時(shí)，耦合端有耦合輸出，此時(shí)稱為正向傳輸，定向耦合器相當(dāng)于不均分功率分配器。    在正向傳輸中，耦合器耦合輸出與輸入功率比值比定義為耦合度。圖6  

8、;定向耦合器正向傳輸特性     對(duì)于理想定向耦合器，當(dāng)信號(hào)由耦合器輸出端接入反向工作時(shí)，耦合端沒(méi)有輸出。這是因?yàn)檩斎牍β时获詈掀鲀?nèi)部的負(fù)載和主臂終端外接負(fù)載所吸收，這就是定向耦合器的單向傳輸性。    實(shí)際定向耦合器反向工作時(shí)，耦合端會(huì)有泄露輸出， 反向工作時(shí)耦合端輸出與輸入信號(hào)功率比定義為定向耦合器隔離度。圖7  定向耦合器反向傳輸特性     對(duì)定向耦合器測(cè)試的重要指標(biāo)為其方向性(Directivity)，方向性為定向耦合器反向工

9、作隔離度與正向工作耦合度差值。方向性指標(biāo)反映耦合器分分離正反兩個(gè)方向信號(hào)的能力?？梢员灰暈榉瓷錅y(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍。    測(cè)量定向耦合器有一種簡(jiǎn)易方法，不需要正向和反向連接測(cè)試。當(dāng)定向耦合器內(nèi)部負(fù)載損耗功率相當(dāng)小時(shí)，該方法得到的結(jié)果與真實(shí)值相近。    首先，在主臂輸出端接一個(gè)短路負(fù)載，由于全反射，耦合端輸出反映耦合度，對(duì)該值進(jìn)行規(guī)一化處理后端接匹配負(fù)載。此時(shí)耦合端只是有限隔離度引起的泄露信號(hào)。因?yàn)橐呀?jīng)進(jìn)行了規(guī)一化處理，最后讀值就是耦合器方向性。    反射測(cè)試中，定向耦合器對(duì)于

10、被測(cè)件反射信號(hào)而言是正向連接，定向耦合器耦合端輸出反映反射信號(hào)信息。    網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試反射特性時(shí)，由于定向耦合器有限的方向性影響，耦合器耦合端會(huì)包含泄露的輸入激勵(lì)信號(hào)，該信號(hào)會(huì)與反射信號(hào)進(jìn)行矢量疊加，造成反射指標(biāo)測(cè)試誤差。    被測(cè)件匹配性能越好，定向耦合器方向性對(duì)測(cè)試影響越大。網(wǎng)絡(luò)分析儀中的接收機(jī)    由功分器，定向耦合器及輸出端得到的信號(hào)輸入到相應(yīng)接收機(jī)進(jìn)行處理，為對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析，網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)置多臺(tái)接收機(jī)。    網(wǎng)絡(luò)分

11、析儀是一個(gè)包含激勵(lì)源和接收設(shè)備的閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)。圖8  網(wǎng)絡(luò)分析儀接收機(jī)     網(wǎng)絡(luò)分析儀中檢測(cè)信號(hào)主要有兩種基本方法。    方法1：二極管檢波，二極管檢波提取射頻信號(hào)輸入包絡(luò)電平，輸出電壓反映輸入信號(hào)功率。如果輸入信號(hào)為連續(xù)CW信號(hào)，為DC檢波，如果輸入為幅度調(diào)制信號(hào)，為AC檢波。二極管檢波只反映信號(hào)幅度信息，丟失了射頻載波信號(hào)的相位信息。    方法2：調(diào)諧接收機(jī)。調(diào)諧接收機(jī)將輸入信號(hào)進(jìn)行下變頻后通過(guò)ADC變?yōu)閿?shù)字量后處理。這樣可以得到信號(hào)

12、的相位和幅度信號(hào)。    如果您使用過(guò)功率計(jì)，就會(huì)了解檢波器測(cè)量信號(hào)的特點(diǎn)。首先檢波器是寬帶功率測(cè)試，既如果檢波器工作頻率范圍是10M至18G，其功率顯示結(jié)果應(yīng)為該頻率范圍內(nèi)存在的所有信號(hào)功率和，而沒(méi)有選頻測(cè)試功能。由于這個(gè)原因，使用檢波器的標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀會(huì)對(duì)被測(cè)件輸出端的失真及雜波信號(hào)沒(méi)有區(qū)分能力，而會(huì)造成錯(cuò)誤測(cè)試結(jié)果。    但標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)變頻和非變頻的被測(cè)件使用相同的方法進(jìn)行測(cè)試。    檢波器能檢測(cè)的功率范圍是有限的，例如為；-50dBm10dBm， 這會(huì)限制標(biāo)量

13、網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍。    調(diào)諧接收機(jī)由于中頻信號(hào)要通過(guò)帶通濾波處理，由于檢波器帶寬測(cè)試模式，這種無(wú)選頻測(cè)試會(huì)造成大測(cè)試噪聲帶寬(20G)，而調(diào)諧接收機(jī)的中頻帶寬可小至1KHz，這樣可保證接收機(jī)有很好的測(cè)試靈敏度，而且對(duì)被測(cè)件輸出信號(hào)中雜波失真成分有很好抑制作用。    調(diào)諧接收機(jī)靈敏度度與其設(shè)置中頻濾波器帶寬有直接關(guān)系，中頻帶寬越窄，進(jìn)入接收機(jī)噪聲能量越少，靈敏度相應(yīng)提高，但輸出信號(hào)響應(yīng)時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試速度會(huì)下降。    窄帶接收機(jī)網(wǎng)絡(luò)分析儀中頻濾波器帶寬為

14、測(cè)試基本設(shè)置參數(shù)之一，其設(shè)值是在測(cè)試精度和速度間折衷。圖9 調(diào)諧接收機(jī)及其特點(diǎn)     這是同一個(gè)被測(cè)件分別利用檢波器和調(diào)諧接收機(jī)測(cè)試結(jié)果的對(duì)比。例子中，被測(cè)件為一濾波器， 當(dāng)對(duì)濾波器帶外抑制性能進(jìn)行測(cè)試時(shí)， 此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的激勵(lì)信號(hào)受到濾波器的抑制作用變?yōu)樾⌒盘?hào)，                濾波器輸出= 輸入信號(hào)功率0dBm -波波器帶外抑制度100dB= -100dBm。&

15、#160;   如果檢波器靈敏度為-60dBm，  不能檢測(cè)到-100dBm實(shí)際信號(hào)，測(cè)試結(jié)果不能真實(shí)反映測(cè)件指標(biāo)。    與檢波器相比，調(diào)諧接收機(jī)有很小檢測(cè)帶寬，從而檢測(cè)靈敏度高，可真實(shí)得到被測(cè)試件指標(biāo)。    采用調(diào)諧接機(jī)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，可通過(guò)增加輸出功率，減小中頻帶寬或利用平均功能(Avg) 來(lái)擴(kuò)展測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。圖10 網(wǎng)絡(luò)分析表動(dòng)態(tài)范圍對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響     安捷倫PNA系列網(wǎng)絡(luò)分析儀都是采用調(diào)

16、諧接收機(jī)的高性能矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。其接收機(jī)測(cè)試靈敏度度較高，可滿足各種被測(cè)件測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍要求。    調(diào)諧接收機(jī)可使用混頻器和采樣器兩種方式實(shí)現(xiàn)器前端變頻功能。    采樣器(Sampler)是利用二級(jí)管對(duì)輸入射頻信號(hào)按脈沖進(jìn)行抽取處理，采樣器可以認(rèn)為是內(nèi)部有脈沖發(fā)生器的混頻器，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生由本振諧波組成的寬帶頻譜(梳狀譜)，輸入射頻信號(hào)與梳狀譜線之一信號(hào)進(jìn)行混頻產(chǎn)生中頻輸出。    采樣器變頻電路要求的本振信號(hào)只需覆蓋較窄的頻率范圍，其缺點(diǎn)為為鎖定不同的梳狀譜線需進(jìn)行復(fù)雜的

17、鎖相處理，而且與混頻電路相比，其所有梳裝譜線的噪聲都會(huì)變換到中頻信號(hào)中，靈敏度要差一些。    網(wǎng)絡(luò)分析儀是綜合激勵(lì)和接收的閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，采用窄帶調(diào)諧接收機(jī)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀工作時(shí)，信號(hào)源產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，接收機(jī)應(yīng)在相同頻率對(duì)被測(cè)件響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理，激勵(lì)源和接收機(jī)工作頻率的變化應(yīng)該是同步變化的。網(wǎng)絡(luò)分析儀是依靠鎖相方法來(lái)完成該功能。R通道接收機(jī)中頻信號(hào)會(huì)與固定參考信號(hào)進(jìn)行鑒相，鑒相誤差輸出用于壓控改變激勵(lì)源輸出頻率，這樣當(dāng)接收機(jī)本振頻率掃描變化時(shí)，鎖相環(huán)會(huì)控制激勵(lì)源保持頻率同步變化。當(dāng)R通道接收機(jī)工作不正常時(shí)，網(wǎng)絡(luò)分析儀會(huì)出現(xiàn)失鎖現(xiàn)象。3.1反射參數(shù)測(cè)試誤差分

18、析    網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)可消除測(cè)試中的系統(tǒng)誤差。    分析一下反射測(cè)試過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)分析儀存在的系統(tǒng)誤差。    網(wǎng)絡(luò)分析儀在掃頻狀態(tài)下工作，無(wú)論是儀表內(nèi)部設(shè)備還是外接的測(cè)試電纜等在工作頻帶范圍內(nèi)其特性都會(huì)存在變化，這些與頻率變化相關(guān)的測(cè)試誤差稱為“ 頻響誤差”， 也被稱為“ 跟蹤誤差”。    由于定向耦合器有限方向性造成的誤差為方向性誤差，方向性誤差信號(hào)會(huì)疊加在真實(shí)的反射信號(hào)上，造成測(cè)試誤差。當(dāng)被測(cè)件端口匹配性能好時(shí)，方向性誤差對(duì)測(cè)試

19、影響較大。    反射指標(biāo)測(cè)試過(guò)程中，反射信號(hào)通過(guò)傳輸路徑返回儀端口，儀表端口阻抗與傳輸線間會(huì)存在失配，該失配會(huì)造成信號(hào)二次入射，最終在傳輸路徑中的信號(hào)的多次入射，相應(yīng)又形成多次反射，這項(xiàng)誤差稱為源失配誤差。被測(cè)件匹配性能越差，該項(xiàng)誤差對(duì)測(cè)試的影響越明顯。    同樣，被測(cè)件輸出的傳輸信號(hào)也會(huì)由于接收端阻抗失配造成反射，該信號(hào)會(huì)通過(guò)被測(cè)件的反向傳輸而疊加在真實(shí)反射信號(hào)上，從而形成負(fù)載失配誤差。如果被測(cè)件反向傳輸隔離性能較差，負(fù)載失配誤差的影響較大。在網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部R;A;B接收機(jī)因分別反映測(cè)試的輸入，反射及傳輸信號(hào)

20、，但這些接收機(jī)之間會(huì)存在信號(hào)串?dāng)_，對(duì)于高隔離被測(cè)件(開(kāi)關(guān);隔離器; 大范圍衰減器)，該項(xiàng)誤差影響明顯。    上例中，正向測(cè)試存在共6項(xiàng)誤差，反向測(cè)試存在對(duì)稱的6項(xiàng)測(cè)試誤差，所以二端口器件測(cè)試中共存在12項(xiàng)誤差。儀表的二端口校準(zhǔn)也被稱為12項(xiàng)誤差校準(zhǔn)圖25  反射參數(shù)測(cè)量誤差分析3.2 隔離誤差    串?dāng)_誤差 (隔離誤差)是由于儀表內(nèi)部各測(cè)試接收通道間信號(hào)互相干擾引起。    隔離校準(zhǔn)是在小測(cè)試功率環(huán)境下完成，常在接近系統(tǒng)的本底噪聲情況下進(jìn)行，由于這個(gè)原

21、因，一般情況下可跳過(guò)隔離校準(zhǔn)過(guò)程，而不會(huì)對(duì)測(cè)試精度造成影響。    確定進(jìn)行隔離校準(zhǔn)，如果串?dāng)_與被測(cè)件匹配無(wú)關(guān)，隔離校準(zhǔn)過(guò)程中可使用兩個(gè)匹配負(fù)載，并啟動(dòng)掃跡線平均功能。如果串?dāng)_與被測(cè)件匹配有關(guān)，校準(zhǔn)中應(yīng)接入被測(cè)件完成。圖26  隔離誤差3.3 單端口器件的測(cè)試誤差模型    網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)的目的是消除測(cè)試的系統(tǒng)誤差。校準(zhǔn)的思路是通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的測(cè)試得到網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)誤差項(xiàng)的具體數(shù)值，然后通過(guò)計(jì)算對(duì)被測(cè)件測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正處理，消除其中誤差成份，得到被測(cè)件真實(shí)值。   &

22、#160;下圖為網(wǎng)絡(luò)分析儀反射測(cè)試時(shí)系統(tǒng)誤差的數(shù)學(xué)模型， S11M網(wǎng)絡(luò)分析儀的實(shí)際測(cè)試值，其中包含各項(xiàng)測(cè)試誤差， 具體測(cè)試誤差有； ED;ERT;ES 等，儀表校準(zhǔn)目的是通過(guò)計(jì)算消除這些誤差項(xiàng)的影響，得到S11A。為得到ED;ERT;ES ，通過(guò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)件完成，由于要確定三項(xiàng)誤差，所以單端口校準(zhǔn)要測(cè)試三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件。聯(lián)立方程組得解。圖27  單端口誤差模型3.4 校準(zhǔn)的基本分類和概念    校準(zhǔn)過(guò)程就是通過(guò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)件測(cè)試系統(tǒng)誤差的過(guò)程，根據(jù)校準(zhǔn)消除誤差項(xiàng)的不同，網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)主要分為頻響校準(zhǔn)和矢量校準(zhǔn)。，消除誤差項(xiàng)目的個(gè)數(shù)與測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)目相同。&

23、#160;   頻響校準(zhǔn)只測(cè)試一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，校準(zhǔn)過(guò)程較簡(jiǎn)單。但只可確定頻響誤差一項(xiàng)誤差。頻響校準(zhǔn)的過(guò)程相當(dāng)于測(cè)試歸一化過(guò)程。既先將測(cè)試結(jié)果存入存儲(chǔ)器中得到參考線，然后用被測(cè)件測(cè)試結(jié)果與其比較。這樣可消除參考線中系統(tǒng)誤差影響。    矢量校準(zhǔn)要求網(wǎng)絡(luò)分析儀具有幅度和相位測(cè)試能力。它要求測(cè)試多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，從而可消除更多誤差項(xiàng)。    校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差的過(guò)程：           &#

24、160;  測(cè)量參數(shù)已知的標(biāo)準(zhǔn)件，得到誤差項(xiàng)；將測(cè)試結(jié)果中誤差項(xiàng)成份消除。        反射測(cè)試：      存在三項(xiàng)誤差：方向性，源失配， 反射通道頻率響。                頻響校準(zhǔn)(推薦標(biāo)準(zhǔn)件； short)消除頻響誤差；   &

25、#160;            1-port 單端校準(zhǔn) 消除3項(xiàng)誤差。    反射傳輸測(cè)試：       存在12項(xiàng)誤差。    頻響校準(zhǔn)( 校準(zhǔn)件：through) 消除頻響誤差；    full 2 port 雙端口校準(zhǔn)消除12項(xiàng)誤差；    

26、Enhance Cal= S11 one port + through CAL；    cal kit：定義校準(zhǔn)件數(shù)據(jù) definition file；    用戶可定義校準(zhǔn)件；校準(zhǔn)件定義必須和實(shí)際校準(zhǔn)件相符。     矢量誤差校準(zhǔn)是通過(guò)已知標(biāo)準(zhǔn)件的測(cè)試來(lái)得到儀表誤差項(xiàng)的過(guò)程。    儀表有兩個(gè)連接端口，每個(gè)端口都存在誤差。單端口校準(zhǔn)( One Port CAL)可消除校準(zhǔn)端口的所有系統(tǒng)誤差(方向性誤差；源失配誤差；反射跟蹤誤

27、差)。    當(dāng)網(wǎng)絡(luò)分析儀用于被測(cè)試件全部傳輸/反射性能測(cè)試時(shí)，儀表需對(duì)所有端口和傳輸連接線進(jìn)行校準(zhǔn)， 雙端口校準(zhǔn)( Two Port CAL)能消除12項(xiàng)系統(tǒng)誤差。雙端口校準(zhǔn)過(guò)程中需要使用四種校準(zhǔn)件，進(jìn)行7次連接測(cè)試。3.5 開(kāi)路校準(zhǔn)的問(wèn)題    校準(zhǔn)過(guò)程中會(huì)使用開(kāi)路校準(zhǔn)件(OPEN)，它包含金屬傳輸延伸線和中心介質(zhì)竿。    使用專門(mén)開(kāi)路件是因?yàn)樵跍y(cè)試線端面，雖然滿足直流開(kāi)路，但對(duì)于射頻和微波信號(hào)，存在中心導(dǎo)體到周圍屏蔽層的輻射，這種現(xiàn)象等效為電容特性。所以測(cè)試線端面不接

28、任何負(fù)載。只能滿足直流開(kāi)路，而對(duì)高頻信號(hào)，只相當(dāng)于電容特性。電容值與物理尺寸和工作頻率有關(guān)。圖28 開(kāi)路校準(zhǔn)的問(wèn)題     匹配負(fù)載校準(zhǔn)主要是得到儀表方向性誤差。    對(duì)于PNA系列網(wǎng)絡(luò)分析儀，當(dāng)測(cè)試頻率很高時(shí)，微波頻段匹配負(fù)載阻抗值會(huì)發(fā)生變化，這會(huì)造成校準(zhǔn)的誤差。當(dāng)測(cè)試精度要求高時(shí)，需要使用滑動(dòng)負(fù)載進(jìn)行校準(zhǔn)，滑動(dòng)負(fù)載校準(zhǔn)件相當(dāng)于相位變化的固定負(fù)載，通過(guò)多個(gè)測(cè)試位置（至少3個(gè)）的測(cè)試可消除非理想負(fù)載對(duì)校準(zhǔn)的影響。4 校準(zhǔn)的過(guò)程    標(biāo)準(zhǔn)件真實(shí)值數(shù)據(jù)被定義在cal

29、 kit數(shù)據(jù)文件中，該文件儲(chǔ)存在儀表內(nèi)部，為進(jìn)行正確校準(zhǔn)過(guò)程，校準(zhǔn)件選擇必須與實(shí)際使用校準(zhǔn)件相符。    校準(zhǔn)過(guò)程中儀表會(huì)提示連接相應(yīng)校準(zhǔn)件，當(dāng)將校準(zhǔn)件連接接到相應(yīng)端口后，按下儀表菜單中對(duì)應(yīng)按鍵，注意測(cè)試極性(Male/Female)的選擇應(yīng)依據(jù)測(cè)試端面來(lái)定義，而不是依據(jù)校準(zhǔn)來(lái)定義。儀表然后進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。校準(zhǔn)結(jié)束后，需將計(jì)算得到的誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以便下次測(cè)試調(diào)用。儀表在變化的工作條件下(改變工作溫度，外圍連接電纜等)，測(cè)試誤差會(huì)發(fā)生改變，需要重新進(jìn)行校準(zhǔn)。    儀表進(jìn)行校準(zhǔn)的接口端面在校準(zhǔn)完成后稱為校準(zhǔn)面，在

30、該端面上傳輸特性應(yīng)為：                       端口阻抗特性阻抗；增益=0dB；Phase=0 degree。    當(dāng)被測(cè)件可以和校準(zhǔn)面直接連接時(shí)，測(cè)試精度為最高。    網(wǎng)絡(luò)分析儀在校準(zhǔn)時(shí)設(shè)置測(cè)試狀態(tài)應(yīng)該和被測(cè)件實(shí)際測(cè)試狀態(tài)相同。這些測(cè)試狀態(tài)包含：頻率范圍；功率；測(cè)

31、試點(diǎn)數(shù)；接收機(jī)帶寬；掃描時(shí)間等。    在校準(zhǔn)后改變測(cè)試參數(shù)設(shè)置，將會(huì)使測(cè)試精度降低或校準(zhǔn)關(guān)閉。4.1 雙端口校準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型    雙端口校準(zhǔn)是網(wǎng)絡(luò)分析儀最精確的誤差校準(zhǔn)方法，因?yàn)殡p端口校準(zhǔn)可消除儀表全部的系系統(tǒng)誤差。下圖所示為二端口器件測(cè)試中誤差的模型。可以看到由于二端口器件存在正反傳輸特性，所以器件某端口的匹配情況會(huì)對(duì)另外端口的測(cè)試造成影響。    所以當(dāng)雙端口校準(zhǔn)后，儀表只測(cè)試某項(xiàng)指標(biāo)(S11)時(shí)也要進(jìn)行正反兩個(gè)方向掃描，得到所有S參數(shù)。圖29   

32、雙端口校準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型     雙端口校準(zhǔn)是網(wǎng)絡(luò)分析儀最精確的誤差校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)過(guò)程中需要至少7次連接校準(zhǔn)件，通常測(cè)試中，隔離校準(zhǔn)可以忽略。    基于二端口校準(zhǔn)的誤差模型，二端口校準(zhǔn)后，某一項(xiàng)S參數(shù)結(jié)果的測(cè)試都需要網(wǎng)絡(luò)分儀表進(jìn)行正，反雙向測(cè)試，利用另外三個(gè)S參數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行誤差消除運(yùn)算。    這是被測(cè)件在校準(zhǔn)前后結(jié)果對(duì)比，對(duì)于沒(méi)有校準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果，存在典型的波動(dòng)，它是系統(tǒng)誤差影響的結(jié)果。通過(guò)誤差校準(zhǔn)后，測(cè)試掃跡能更正確反映被測(cè)件性能。  

33、60; 雙端口校準(zhǔn)消除誤差項(xiàng)最多，校準(zhǔn)后儀表測(cè)試精度最高。4.2 不同校準(zhǔn)方法比較和電子校準(zhǔn)件    測(cè)試過(guò)程中根據(jù)測(cè)試參數(shù)和測(cè)試精度要求選擇相應(yīng)校準(zhǔn)方式。圖30  不同校準(zhǔn)方法比較     安捷倫提供各個(gè)頻率段電子校準(zhǔn)件，電子校準(zhǔn)件依靠PIN開(kāi)關(guān)設(shè)置不同阻抗?fàn)顟B(tài)，其校準(zhǔn)精度與機(jī)械校準(zhǔn)相同或更好。    電子校準(zhǔn)不需要多次的校準(zhǔn)件連接，可提高校準(zhǔn)過(guò)程的效率和連接重復(fù)性。    安捷倫網(wǎng)絡(luò)分析儀都可

34、支持電子校準(zhǔn)件功能。 將雙端口校準(zhǔn)的時(shí)間由機(jī)械校準(zhǔn)的3分鐘縮小為1分鐘。    通過(guò)PIN二極管將阻抗控制在不同狀態(tài)：                13 個(gè)反射狀態(tài)， 不同高低反射性能；                2 個(gè)直通狀態(tài)；&#

35、160;               1 個(gè)隔離狀態(tài)；                校準(zhǔn)速度快，重復(fù)性好；               &

36、#160;通過(guò) TRL-校準(zhǔn)后網(wǎng)絡(luò)儀進(jìn)行測(cè)試。                            校準(zhǔn)精度介于 2-PORT校準(zhǔn)和TRL校準(zhǔn) 之間4.3 對(duì)非插入器件測(cè)試的校準(zhǔn)    測(cè)試中，往往需要利用適配器將儀表和被測(cè)件進(jìn)行連接，該適配器可能會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果有很大影響。如上圖

37、所示，適配器引起的反射信號(hào)會(huì)與被測(cè)件的真實(shí)反射信號(hào)進(jìn)行矢量疊加。    例子中，如果適配器的駐波比較差(SWR=1。5)，則耦合器的有效方向性將下降到14dB，此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)分析儀表反射測(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍就只有14dB。    如上所述，在測(cè)試過(guò)程中，使用高性能的適配器是非常必要的，雖然校準(zhǔn)可以降低適配器對(duì)測(cè)試的影響，但在高性能被測(cè)件測(cè)試中該影響仍然較明顯。    下面介紹在接入適配器后網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)方法。    儀表通過(guò)校準(zhǔn)后，其標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)面

38、為相同接頭形式并且極性相反的接口，被測(cè)件如果可以直接和這樣接口進(jìn)行連接，被測(cè)件的端口也一定是相同接頭形式并極性相反接口，此時(shí)被測(cè)件稱為可插入器件。    工程中，被測(cè)往往不能滿足該要求，例如被測(cè)件端口1為SMA形式，端口2為N形接頭。這樣的被測(cè)件稱為非插入器件。非插入器件要想和儀表校準(zhǔn)面連接必須通過(guò)適配器(轉(zhuǎn)接頭)，而這些適配器并沒(méi)有通過(guò)校準(zhǔn)過(guò)程，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試誤差，既最終測(cè)試結(jié)果是被測(cè)件和轉(zhuǎn)接頭性能的疊加結(jié)果。     對(duì)非插入器件，要想通過(guò)精確校準(zhǔn)測(cè)到其真實(shí)值，可使用幾種方校準(zhǔn)法，每種方法的復(fù)雜程度和校準(zhǔn)

39、精度不同。4.4 等效適配器互換法校準(zhǔn)    等效適配器互換法校準(zhǔn)特別適合于具有兩個(gè)相同形式而極性相同端口的被測(cè)件(如； 1，2端口都為SMA陰性接頭)。此方法需要使用性能相同，而陰陽(yáng)極性不同的兩個(gè)適配器。    等效適配器互換法校準(zhǔn)第一步是在校準(zhǔn)過(guò)程中利用能進(jìn)行直通(Through)校準(zhǔn)的適配器A來(lái)完成傳輸校準(zhǔn)。但該適配器并不能與測(cè)試直接連接。在反射校準(zhǔn)過(guò)程中，將適配器A換為適配器B，這一交換改變了一個(gè)測(cè)試端口的接口極性。    校準(zhǔn)完成后的測(cè)試過(guò)程中，使用能和被測(cè)件直接連

40、接的適配器B，適配器B可以直接和被測(cè)件連接。    如果適配器A和適配器B的電氣性能完全相同，可以認(rèn)為適配器A和適配器B只是外形不同的同一個(gè)適配器。    這種校準(zhǔn)方法的剩余誤差為兩個(gè)適配器之間的性能差異。校準(zhǔn)過(guò)程較簡(jiǎn)單，但不能適用于復(fù)雜非插入器件校準(zhǔn)圖32  等效適配器互換法校準(zhǔn)4.5 轉(zhuǎn)接頭移去校準(zhǔn)    適配器移去校準(zhǔn)是針對(duì)非插入器件測(cè)試的精度較高的校準(zhǔn)方法。這種方法適用于Agilent 8753/8720/8510 系列網(wǎng)絡(luò)分析儀。    適配器移去校準(zhǔn)需要使用一個(gè)具有和被測(cè)件相同接口方式的適配器，這個(gè)適配器叫做校準(zhǔn)適配器。適配器的電長(zhǎng)度必須小于測(cè)試頻率的四分之一范圍內(nèi)。Agilent 提供的N，3。5mm 和2。4mm校準(zhǔn)件可用于該目的，對(duì)于其它適配器，用戶可以直接輸入其電長(zhǎng)度。    適配器移去校準(zhǔn)需要進(jìn)行兩次雙端口校準(zhǔn)。第一次校準(zhǔn)中，將直通適配器放在測(cè)試端口2，校準(zhǔn)結(jié)果存入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)