【分享】網絡分析儀技術指標和測量校準篇

 

說起網絡分析儀，我想大家一定不會陌生；作為射頻、微波領域最常見的儀表之一；我們對它可以說再熟悉不過，今天我們就來聊聊我們的這個好伙伴。

什么是網絡分析儀？

網絡分析儀是測量網絡參數的一種新型儀器，可直接測量有源或無源、可逆或不可逆的雙口和單口網絡的復數散射參數，并以掃頻方式給出各散射參數的幅度、相位頻率特性。

網分的主要指標如下：

1. 頻率范圍：

這個就不多說了。一般網分中比較高端的網分范圍高頻會到67G左右。如果超過67G腫么辦？那就得上上變頻器了，嘿嘿，這個有空再展開講。

2. 頻率分辨力：

這個是啥東東？可以理解成網分看頻率的最小視力表，能看到多小的頻率，這個指標常見1Hz或者0.1Hz。

3. 頻率準確度：

是指網分內的源，輸出的頻率顯示值相對于真實值的接近程度。

4. 功率準確度：

是指網分內的源，輸出的功率顯示值相對于真實值的接近程度。

5. 動態范圍：

動態范圍有兩種定義方式：接收機動態范圍和系統動態范圍。

接收機動態范圍：Pmax-Pmin。為了實現更大的接收機動態范圍，可能需要使用放大器。

系統動態范圍：Pref-Pmin。

大家從上面的公式可以看出：一般接收機的動態范圍會大于系統動態范圍。

6. 本底噪聲

網絡分析儀的本底噪聲Pmin, 也就是系統的靈敏度。接收機的本底噪聲DANL（英文全名 Display Average Noise Level）是網絡分析儀的一個重要技術指標, 它有助于確定分析儀的動態范圍。一般本底噪聲都是歸一化以后的噪聲，也就是以dBm/Hz為基礎單位。

7. 掃描速度

一般是201點掃描時的最快速度，越快當然測量效率越高。

網絡分析儀的指標還是比較復雜的，比較重要且易理解的大概如上，然后再考慮具體的應用環境，我們基本上就可以完成網絡分析儀的選型了。

接下來我們再聊聊網絡分析儀的測量校準：

既然說校準，肯定是為了消除誤差。那么網分的誤差來自于哪些方面呢？

測量誤差主要包括：隨機誤差、系統誤差、漂移誤差

系統誤差則包括網絡儀內部測試裝置的系統響應和外部測試裝置的系統響應。

漂移誤差由于溫度引起的。它可以通過其它校準來去除。一般在測試設備可使用溫度范圍的中值進行使用可以將該誤差降到最低。

隨機誤差則包括測試裝置的穩定性和儀器的穩定性。其主要組成為設備噪聲，例如采樣噪聲，IF底噪等，切換重復性以及接口重復性。當使用網分時，由于隨機性所以無法通過校準去除，可以通過提升信號源功率，降低IF帶寬或者多次掃頻求平均的方法來降低噪聲誤差。

所以校準主要彌補的是系統和漂移誤差。

那誤差是通過什么樣的誤差模型來補償的呢，一般現在的精準網絡分析儀基本都選用了十二項誤差模型：

雙端口網絡中，前向六項誤差和反向六項誤差，加起來稱十二項誤差。

如FindRF上篇基礎篇所講，網絡分析儀校準中常用機械校準件。機械校準件校準的主要方法：              

1. NORMALIZATION（直通校準）

Port1和port2 直通連接，包括反射與傳輸的歸一化，提供了最快的測量速度。

2. FULL ONE PORT（全單端口校準）

Port1和port2 直通連接，port1 開路，port1 短路，port1 負載。

校準一個端口的T、D、S誤差項，適用于精確測量端口的反射。比如天線的S參數\放大器單向傳輸測試測試，可以用這種辦法。

3. FULL TWO PORT（經典的TOSM）

  port1和port2 直通連接(Through)

  port1 開路,port2 開路 (Open)

  port1 短路port2 短路 (Short)

  port1 負載port2 負載 (Match)

看明白了吧，TOSM稱呼的來源就是上面四個步驟中的英文首字母。

此校準方法中，由于是三通道，所以前向和反向通道中的誤差項不同，總共有12個誤差項，泄漏設為常數，4個校準件的10個已知參數可以確定10個誤差項。

缺點為：

1）步驟比較復雜，需要7個校準步驟

2）需知道所有校準件的參數

3）無法克服校準誤差

上面TOSM方法適用于雙向測量，可校準兩個端口，并進行所有S參數的測量。提供了最高的精度。

除了上面的幾種最常用的，還有哪些校準方法呢？

1. TOM (through/open/match)

這種方法適用于四通道儀器，采用7誤差項的模型。3個校準件具有八個已知參數，用來估計7個誤差項。那么多出的一個等式用于認證校準結果正確與否，稱為內部認證，從而保證校準精度，避免校準誤差，在生產應用中具有很高的可靠性。只需五個步驟，適用于同軸系統。

2. TRM（through/reflect/match）

R可以未知，但在兩個測試端口需相等，適用于測試夾具的校準。7誤差項模型，T具有4個已知參數，M具有兩個，R對稱提供一個，從而可以估計7個誤差。

如將端口空載，則只需3個步驟。

SHORT可以用來驗證校準結果。

3. TNA（through/network/attenuator）

這種校準方式利用三個雙端口器件進行校準。network參數可以未知，但需對稱。attenuator的衰減可以未知，但需良好匹配。T、N、A提供了七個已知參數進行7個誤差項的估計。

如將端口空載，則只需2步校準。適于夾具和芯片校準。SHORT可以用來驗證校準結果。

由于被測件的不同，校準方法還有很多竅門，本文的網分基礎指標和校準就講到這里，更多有關儀器維修知識歡迎訪問西安安泰網絡分析儀維修中心網（www.kongya99.com）。