網絡分析儀可用于表征射頻(RF)器件。盡管最初只是測量 S 參數，但為了優(yōu)于被測器件，現(xiàn)在的網絡分析儀已經高度集成，并且非常先進。

射頻電路需要獨特的測試方法。在高頻內很難直接測量電壓和電流，因此在測量高頻器件時，必須通過它們對射頻信號的響應情況來對其進行表征。網絡分析儀可將已知信號發(fā)送到器件、然后對輸入信號和輸出信號進行定比測量，以此來實現(xiàn)對器件的表征。

早期的網絡分析儀只測量幅度。這些標量網絡分析儀可以測量回波損耗、增益、駐波比，以及執(zhí)行其他一些基于幅度的測量。

現(xiàn)如今，大多數網絡分析儀都是矢量網絡分析儀——可以同時測量幅度和相位。矢量網絡分析儀是用途極廣的一類儀器，它們可以表征 S 參數、匹配復數阻抗以及進行時域阻抗測量等。

PNA-X網絡分析儀的完整配置

下圖顯示，有一個正向發(fā)送的信號通過被測器件的輸入端到達了輸出端。從器件的輸入端到輸出端的測量被稱為正向測量。網絡分析儀的接收端可以測量入射、反射和傳輸的信號，以便計算正向 S 參數。

通用網絡分析儀的方框圖

隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，元器件的類型越來越復雜，頻率越來越高，端口數越來越多，帶寬越來越寬，應用的場景越來越繁多，對于測試的要求也越來越嚴苛。作為準確的矢量網絡分析儀測量的基礎，校準也面臨著更多、更大的挑戰(zhàn)，有些特殊的應用場景更是需要格外注意的!

射頻測量極其敏感。測試電纜、連接器和夾具都會影響測量。我們要表征的是被測器件，而不是被測器件與矢量網絡分析儀之間的電纜。

在默認情況下，矢量網絡分析儀會把測試端口之外的一切都視為被測器件。這就意味著網絡分析儀的參考平面就在測試端口上。超出參考平面的一切都會包含在測量中。

這些圖描述了校準前后的參考平面。在校準之前，網絡分析儀端口之外的一切，包括電纜和連接器，都包括在測量中。

在校準之后，參考平面已經移動，因此矢量網絡分析儀會校正電纜和連接器，僅測量被測器件。在一個非常高的水平來看，對電纜和連接器執(zhí)行校準類似于在稱重時進行重量歸零。

兩種常用的矢量網絡分析儀校準方法

兩種常用的校準方法是 TRL(直通、反射、線路)和 SOLT(短路、開路、負載、直通)。這些方法是阻抗和傳輸測量的不同組合，用于表征電纜和夾具以進行校準。

這些校準技術包括將具有已知屬性的標準件連接到測量裝置，以便代替被測器件。矢量網絡分析儀可以通過將測量值與標準件的值進行比較，對電纜和連接器進行校正。

在傳統(tǒng)上，執(zhí)行校準時會使用機械標準件。操作員需要單獨進行每個連接，然后利用儀器執(zhí)行測量。一次全雙端口校準需要七次機械連接。這個過程非常耗時，并且可能會產生人為錯誤。

電子校準件僅需一次連接，便可通過電氣計算來重現(xiàn)不同類型的負載。電子校準具有快速、可重復和減少連接器磨損的優(yōu)點。

SOLT和TRL/TRL*校準之間的差別

矢量網絡分析儀要求在誤差校正測量前執(zhí)行測量校準。對于二端口測量，確定響應校準套件的校準算法為SOLT或TRL/TRL*。

傳統(tǒng)的二端口校準通常用3個阻抗標準和1個傳輸標準定義校準參考平面。這些標準一般為短路、開路、負載和直通，這就就構成了SOLT校準套件。

另一種二端口校準用最少的3個標準定義校準參考平面。TRL/TRL*校準套件中的饋通、反射和線路標準測量參數提供與使用不同算法SOLT校準同樣的信息。

矢量網絡分析儀校準，為什么這么重要?

即使再好的測試設備也會存在瑕疵，從而導致測量結果不太理想。這些導致測量誤差的缺陷中，有一些是隨著時間和溫度的變化而可重復和可預測的，并且可以消除，而另一些則是隨機的，無法消除。

誤差修正對測量結果的影響非常顯著。下圖中，如果沒有誤差修正，帶通濾波器的測量結果顯示出相當大的損耗和紋波。經雙端口校準后的跡線消除了系統(tǒng)誤差的影響而更加平滑，并且更準確的表示了被測件 (DUT) 的實際性能。

測量濾波器插入損耗

所有測量系統(tǒng)，包括那些使用矢量網絡分析儀的系統(tǒng)，都可能受到三種測量誤差的困擾：

? 系統(tǒng)性誤差

? 隨機誤差

? 漂移誤差

系統(tǒng)誤差是由測試設備和測試設置的缺陷引起的。這些誤差不隨時間而變化，它們可以通過校準來表征，并在測量過程中以數學方法來消除。網絡測量中遇到的系統(tǒng)誤差與信號泄漏、信號反射和頻率響應有關。有六種類型的系統(tǒng)誤差：?與信號泄漏有關的方向性和串擾誤差?與反射有關的源和負載阻抗失配?由測試接收機內的反射和傳輸跟蹤引起的頻率響應誤差( 完整的兩端口誤差模型包括所有六個用于表示正向的誤差和另外的六個反向誤差，總共有十二個誤差項。這就是為什么經常將兩端口校準稱為十二項誤差修正)

隨機誤差隨時間而隨機變化。由于它們不可預測，因此無法通過校準將其移除。造成隨機誤差的主要因素包括儀器噪聲(例如IF本底噪聲)、開關可重復性和連接器可重復性等。使用網絡分析儀時，通?？梢酝ㄟ^提高源功率、減小IF帶寬或使用多次掃描的跡線平均等方法來降低噪聲誤差。漂移誤差是指經過校準的測試系統(tǒng)的性能發(fā)生的變化。這主要是由溫度變化引起的，可以通過額外的校準來消除。漂移率決定了需要額外校準的頻率。但是，通過構建環(huán)境溫度穩(wěn)定的測試環(huán)境，通?？梢詫⑵普`差降至最低。雖然可以指定測試設備在0°C 至+55°C 的溫度范圍內運行，而更可控的溫度范圍(例如 +25°C ± 5°C)可以通過最大限度地減少漂移誤差來提高測量精度，并減少或消除對定期重新校準的依賴。

【矢量網絡分析儀多端口校準】

網絡分析的早期，幾乎所有測量都集中在2端口S參數上。隨著矢量網絡分析儀VNA功能的擴展，測試功分器、混頻器、差分設備等能力的提升推動了4端口矢量網絡分析儀VNA的發(fā)展，多端口測試的需求越來越多。

現(xiàn)在，很多元器件集成了多種功能于一體，其端口數量不斷增加，復雜度也越來越高。像智能手機中多頻段操作的射頻前端模塊 (FEM)、MIMO天線，以及用于射頻連接器或電纜組件等高速數字應用的無源互連產品等。

作為完成準確、高效的多端口矢量網絡分析儀VNA測試的前提，多端口校準是必要且極具挑戰(zhàn)的。校準多端口VNA測試系統(tǒng)要比校準2端口或4端口VNA更耗時，也更復雜。對于N端口設備，有(N-1)*N/2 條可能的路徑，每條路徑都需要進行相應的2端口校準，些許的疏忽都會造成前功盡棄，因此需要格外注意。

審核編輯：湯梓紅