一種獨(dú)特的儀器
網(wǎng)絡(luò)分析儀是一種功能強(qiáng)大的儀器，正確使用時，可以達(dá)到極高的精度。它的應(yīng)用也十分廣泛，在很多行業(yè)都不可或缺，尤其在測量無線射頻(RF)元件和設(shè)備的線性特性方面非常有用。現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀還可以應(yīng)用于更具體的場合，例如，信號完整性和材料的測量。隨著業(yè)界**款PXI網(wǎng)絡(luò)分析儀—NI PXIe - 5630的推出，你完全可以擺脫傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析儀的高成本和大占地面積的束縛，輕松地將網(wǎng)絡(luò)分析儀應(yīng)用于設(shè)計驗(yàn)證和產(chǎn)線測試。
網(wǎng)絡(luò)分析儀的用法
反射系數(shù)(G)和傳輸系數(shù)(T)分別對應(yīng)入射信號中反射信號和傳輸信號所占的比例。圖3示意了這兩個向量?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析基于散射參數(shù)或S-參數(shù)擴(kuò)充了這種思想。
S-參數(shù)是一種復(fù)雜的向量，它們代表了兩個射頻信號的比值。S-參數(shù)包含幅值和相位，在笛卡爾形式下表現(xiàn)為實(shí)和虛。S-參數(shù)用S坐標(biāo)系表示，X代表DUT被測量的輸出端，Y代表入射RF信號激勵的DUT輸入端。圖4示意了一個簡單的雙端口器件，它可以表征為射頻濾波器，衰減器或放大器。
S11定義為端口1反射的能量占端口1入射信號的比例，S21定義為傳輸?shù)紻UT端口2 的能量占端口1入射信號的比例。參數(shù)S11和S21為前向S-參數(shù)，這是因?yàn)槿肷湫盘杹碜远丝?的射頻源。對于從端口2入射信號，S22為端口2反射的能量占端口2入射信號的比例，S12為傳輸?shù)紻UT端口1的能量占端口2入射信號的比例。它們都是反向S-參數(shù)。
你可以基于多端口或者N端口S-參數(shù)擴(kuò)展這個概念。例如，射頻環(huán)形器，功率分配器，耦合器都是三端口器件。你可以采用類似于雙端口的分析方法測量和計算S-參數(shù)，如S13,S32,S33。S11，S22, S33等下標(biāo)數(shù)字一致的S-參數(shù)表征反射信號，而S12,S32,S21和S13等下標(biāo)數(shù)字不一致的S-參數(shù)表征傳輸信號。此外，S-參數(shù)的總個數(shù)等于器件端口數(shù)的平方，這樣才能完整的描述一個設(shè)備的RF特性。
表征傳輸?shù)腟-參數(shù)，如S21，類似于增益，插入損耗，衰減等其它常見術(shù)語。表征反射的S-參數(shù)，如S11，對應(yīng)于電壓駐波比(VSWR)，回波損耗，或反射系數(shù)。S-參數(shù)還具有其他優(yōu)點(diǎn)。它們被廣泛認(rèn)可并應(yīng)用于現(xiàn)代射頻測量。你可以很容易地將S-參數(shù)轉(zhuǎn)換成H、Z或其他參數(shù)。你也可以對多個設(shè)備進(jìn)行S-參數(shù)級聯(lián)，表征復(fù)合系統(tǒng)的RF特性。更重要的是，S參數(shù)用比率表示。因此，你不需要把入射源功率設(shè)置為**值。DUT的響應(yīng)會反映出入射信號的任何微小差別，但通過比率方式表征傳輸信號或反射信號相對于入射信號的比率關(guān)系時，差別就會被消去。
全S-參數(shù)結(jié)構(gòu)如圖7所示，在參考接收耦合器后的信號通路中嵌入了一個開關(guān)。
當(dāng)開關(guān)連通端口1，分析儀測量前向參數(shù)。當(dāng)開關(guān)連通端口2，你無需重置DUT外部連接，就可以測量反向參數(shù)。端口2處的定向耦合接收器B測量前向傳輸參數(shù)和反向反射參數(shù)。接收器A測量前向反射參數(shù)和反向傳輸參數(shù)。
由于開關(guān)放置在網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量路徑上，因此用戶校準(zhǔn)時需要考慮開關(guān)的不確定性。盡管如此，兩個開關(guān)位置仍可能會有細(xì)微的差別。另外，隨著時間的推移，開關(guān)觸點(diǎn)磨損，需要更頻繁的用戶校準(zhǔn)。為了解決這個問題，可以把開關(guān)移到源輸出，并且采用兩個參考接收機(jī)，R1和R2，分別對應(yīng)前向和反向，如圖8所示。由于采用了更高性能的架構(gòu)，成本和復(fù)雜性也隨之而來。
網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本結(jié)構(gòu)絕大部分在測試裝置中實(shí)現(xiàn)。一旦分析儀測量出入射信號（R參考接收器）和傳輸信號的幅值和相位，或者是反射信號（A和B接收器）的幅值和相位，就可計算出四個S-參數(shù)值，如圖9所示。
您可以綜合應(yīng)用，性能，精度，和成本等因素，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)分析儀結(jié)構(gòu)。
誤差和不確定度
理解矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀不確定度的來源有助于你采取行之有效的用戶校準(zhǔn)方法。對于圖10所示的完整的雙端口網(wǎng)絡(luò)分析儀結(jié)構(gòu)，我們從前向開始分析。
首先，**個不確定性是傳輸信號和反射信號由于在頻率上或者分別正，反向的軌道導(dǎo)致的信號丟失。其次，DUT的輸入阻抗和網(wǎng)絡(luò)分析儀或系統(tǒng)阻抗的差異。同樣，DUT輸出端也存在類似情況，它們分別屬于源匹配和負(fù)載匹配。
用于信號分離的定向耦合器的效率，也需要考慮。理想的定向耦合器在耦合臂產(chǎn)生輸出信號，它是與主臂一個方向上的標(biāo)準(zhǔn)信號成比例，而相反方向的信號不產(chǎn)生輸出信號。耦合器輸出（耦合臂）和標(biāo)準(zhǔn)輸入信號（直通臂）的區(qū)別是耦合系數(shù)。耦合系數(shù)通常在10分貝到30分貝之間，意味著當(dāng)輸入信號以適當(dāng)方向通過直通臂時，輸出RF功率電平比其小10到30分貝。
定向耦合器對于反方向的信號不產(chǎn)生輸出。但實(shí)際上，這是很難實(shí)現(xiàn)的。盡管是很小的，反方向的信號通過實(shí)際的耦合器仍然會在輸出端產(chǎn)生不必要的響應(yīng)。這種不需要的信號定義為耦合器泄露。耦合系數(shù)與耦合泄露的差別稱為耦合器的定向性。
*后是隔離。端口2的接收器檢測到端口1輻射或傳導(dǎo)的少量的信號，在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀，這種不必要的泄露通常很小?？偟膩碚f，不影響測量，除非DUT有很高的損失。盡管推薦，在許多現(xiàn)代矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中。隔離在校準(zhǔn)中只是一種可選的操作。
一個完整的網(wǎng)絡(luò)分析儀正向不確定性的來源包括：傳輸和反射追蹤；負(fù)載和源匹配；定向性和隔離，這些再結(jié)合反向6個誤差項(xiàng)，共有12誤差項(xiàng)。用戶校準(zhǔn)需要充分考慮這12個誤差，以便得到適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)來用到測量數(shù)據(jù)當(dāng)中。這項(xiàng)修正是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的顯著的精度的主要原因。
校準(zhǔn)
RF設(shè)備的校準(zhǔn)經(jīng)常需要把儀器周期性的送到一個經(jīng)過認(rèn)定的儀器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室來進(jìn)行以確保該儀器運(yùn)行在生產(chǎn)商的說明以內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室也往往把儀器的性能調(diào)整到一個標(biāo)準(zhǔn)，比如說國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院所指定的標(biāo)準(zhǔn)。（NIST）。
網(wǎng)絡(luò)分析儀也不例外。它們太需要周期性的校準(zhǔn)，以至于有時達(dá)不到高的精準(zhǔn)度，用戶的校準(zhǔn)也經(jīng)常被需要。網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)通常通過一個網(wǎng)絡(luò)分析儀的套包的一系列校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)或者是用戶制定，用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)來完成。一系列的修正參數(shù)通過比較已經(jīng)知道的存儲在網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)和根據(jù)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生了出來。在校準(zhǔn)測試中這些就被用在數(shù)據(jù)中以補(bǔ)償在前面章節(jié)討論過的錯誤源。
許多因素決定著用戶校準(zhǔn)需要多久進(jìn)行一次。你需要考慮的因素包括 需要的測試精度，環(huán)境因素，以及DUT連接的可重復(fù)性。通常情況下，網(wǎng)絡(luò)分析儀每幾個小時或每幾天需要一次用戶校準(zhǔn)，你應(yīng)當(dāng)根據(jù)核實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，測試不穩(wěn)定因素來源的認(rèn)定，以及個人經(jīng)驗(yàn)來決定多久才需要進(jìn)行校準(zhǔn)。需要說明一點(diǎn)，本次討論用周期校準(zhǔn)來描述用戶校準(zhǔn)，不要與推薦的每年經(jīng)過認(rèn)定的工廠校準(zhǔn)相混淆。
三個系列的校準(zhǔn)經(jīng)常用在網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)當(dāng)中：
1. 短路的，開路的，負(fù)荷的，直達(dá)的（SOLT）
2. 直達(dá)的，反射的，線性的 (TRL)
3. 使用外部自動化的校準(zhǔn)模型的自動校準(zhǔn)
由于每一個系列的校準(zhǔn)都有很多不同的要求，需要根據(jù)DUT，測試系統(tǒng)，以及測試要求來決定使用哪一種方法。由于SOLT被廣泛地使用，我們用它來說明一個校準(zhǔn)系列中的變化。
SOLT要求在系統(tǒng)（和DUT）以及阻抗中采用短路的，開路的，負(fù)荷型的，直通的的標(biāo)準(zhǔn)。由他們的機(jī)械上的特點(diǎn)所決定的精準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)在校準(zhǔn)之前被載入到網(wǎng)絡(luò)分析器中。你連接校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的位置（網(wǎng)絡(luò)分析儀端口，線纜的末端，或者在測試的固定裝置里面）就是測試時開始和結(jié)束的地方。這就是參考平臺或者是測試平臺。
進(jìn)一步說明，你必須用一個可插入的連接制作一個直通的連接。舉個例子，一個公口對母口的連接，或者其他不需要外部設(shè)備或轉(zhuǎn)接器的連接來完成在SOLT測試期間的直通連接。在校準(zhǔn)期間插入任何器件以及不在校準(zhǔn)測量中使用該器件都會導(dǎo)致測量錯誤。
如果你不能做一個直通的連接，將會被稱為不可插入的。這里有幾種方法可以用來處理不可插入的情況。，*簡單的是使用一套相位相同的（包括在大多數(shù)的校準(zhǔn)套包中）轉(zhuǎn)接器以及每種類型的短路，開路，負(fù)載,在校準(zhǔn)過程中使用一個轉(zhuǎn)接器來完成直通的連接，而且在校準(zhǔn)測試過程中為了DUT連接用一個合適的轉(zhuǎn)接器與其交換。
其他校準(zhǔn)在SOLT系列的校準(zhǔn)包括響應(yīng)型校準(zhǔn)。它比較迅速，但是卻沒有移除在頻率上的帶寬損失那樣**。它只考慮了在12錯誤模型的正反向的情況。你可以通過放置短路，開路，負(fù)載的情況在端口一來進(jìn)行一個端口的校準(zhǔn)。這樣可以節(jié)省一些時間，如果你只要進(jìn)行一個端口測量的話，比如一個天線的回傳損失。一個加強(qiáng)的一個端口校準(zhǔn)如同一個完全的一端口校準(zhǔn)，而且使用直通的連接來測量端口二，這在端口二沒有源的T/R結(jié)構(gòu)中很普遍。*終這里有按照校準(zhǔn)規(guī)定的可以在兩個端口都放置短路，開路，負(fù)載的完全雙端口SOLT校準(zhǔn)。圖11總結(jié)了這些普通的SOLT系列校準(zhǔn)。
SOLT和TRL校準(zhǔn)有很多變化，你可以在實(shí)際端子不存在比如探針節(jié)點(diǎn)或者如果DUT是在一個測試固定物中的應(yīng)用中使用TRL校準(zhǔn)。因?yàn)門RL并不需要負(fù)載，在這些情況下他可以得到很好的實(shí)現(xiàn)。
自動化校準(zhǔn)是一種比較新的途徑，由于它們的速度，可重復(fù)性，簡單易用很快已經(jīng)獲得了流行。更進(jìn)一步，它們?nèi)コ舜蠖鄶?shù)的人工干預(yù)，從而極大地減少了在校準(zhǔn)期間誤操作的概率。這些單元傳統(tǒng)上包括一個電子元件，比如二極管，終端或者其他的標(biāo)志物以及在EEPROM上存儲的經(jīng)過編碼的相關(guān)的細(xì)節(jié)化的電子描述信息。當(dāng)連接到了網(wǎng)絡(luò)分析器上以后，自動校準(zhǔn)就會被設(shè)置到不同的狀態(tài)。在校準(zhǔn)過程中這些狀態(tài)被測量并和EEPROM中存儲的相關(guān)狀態(tài)相比較，以達(dá)到正確的修正值。
無論你采用了哪一種校準(zhǔn)方法，隨機(jī)的錯誤發(fā)生來源都應(yīng)當(dāng)予以避免，減少IF帶寬，使用平均值減少噪音，提供更好的結(jié)果。當(dāng)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的時候，高質(zhì)量的組成部分，鞏固的測量實(shí)踐，以及一個關(guān)于校準(zhǔn)步驟和儀器的**理解是同等重要的。
工序要求
當(dāng)用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行**測量時，需要理解和正確執(zhí)行每個步驟以便得到得到*佳結(jié)果。使用高性能的元件和**的測量實(shí)踐?？紤]一臺經(jīng)過良好校準(zhǔn)的并提供校正參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)分析儀和一臺要求**測量的高性能DUT之間 RF連接：
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公安機(jī)關(guān)備案號：
