例子中，被測件為一濾波器， 當對濾波器帶外抑制性能進行測試時， 此時，網(wǎng)絡分析儀輸出的激勵信號受到濾波器的抑制作用變?yōu)樾⌒盘枺?/p> 濾波器輸出= 輸入信號功率0dBm -波波器帶外抑制度100dB= -100dBm。
如果檢波器靈敏度為-60dBm， 不能檢測到-100dBm實際信號，測試結果不能真實反映測件指標。
與檢波器相比，調(diào)諧接收機有很小檢測帶寬，從而檢測靈敏度高，可真實得到被測試件指標。
采用調(diào)諧接機的矢量網(wǎng)絡分析儀，可通過增加輸出功率，減小中頻帶寬或利用平均功能(Avg) 來擴展測量動態(tài)范圍。
圖23 網(wǎng)絡分析表動態(tài)范圍對測試結果的影響
安捷倫PNA系列網(wǎng)絡分析儀都是采用調(diào)諧接收機的高性能矢量網(wǎng)絡分析儀。其接收機測試靈敏度度較高，可滿足各種被測件測試動態(tài)范圍要求。
調(diào)諧接收機可使用混頻器和采樣器兩種方式實現(xiàn)器前端變頻功能。
采樣器(Sampler)是利用二級管對輸入射頻信號按脈沖進行抽取處理，采樣器可以認為是內(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)，輸入射頻信號與梳狀譜線之一信號進行混頻產(chǎn)生中頻輸出。
采樣器變頻電路要求的本振信號只需覆蓋較窄的頻率范圍，其缺點為為鎖定不同的梳狀譜線需進行復雜的鎖相處理，而且與混頻電路相比，其所有梳裝譜線的噪聲都會變換到中頻信號中，靈敏度要差一些。
網(wǎng)絡分析儀是綜合激勵和接收的閉環(huán)測試系統(tǒng)，采用窄帶調(diào)諧接收機的矢量網(wǎng)絡分析儀工作時，信號源產(chǎn)生激勵信號，接收機應在相同頻率對被測件響應信號進行處理，激勵源和接收機工作頻率的變化應該是同步變化的。網(wǎng)絡分析儀是依靠鎖相方法來完成該功能。
R通道接收機中頻信號會與固定參考信號進行鑒相，鑒相誤差輸出用于壓控改變激勵源輸出頻率，這樣當接收機本振頻率掃描變化時，鎖相環(huán)會控制激勵源保持頻率同步變化。當R通道接收機工作不正常時，網(wǎng)絡分析儀會出現(xiàn)失鎖現(xiàn)象。
2.5 網(wǎng)絡分析儀測試動態(tài)范圍和測試精度
網(wǎng)絡分析儀測試精度與儀表接收機性能有關。接收機靈敏度度反映其工作性能， 接收機靈敏度越高，網(wǎng)絡分析測試精度越好。
圖中，坐標橫軸是網(wǎng)絡分析儀接收機中接收信號與干擾噪聲信號的幅度比值， 縱軸為儀表幅度測試精度和相位測試精度。從關系曲線規(guī)律看，接收機內(nèi)部干擾噪聲越小， 其工作動態(tài)范圍越大，則測試誤差越小。
具體讀數(shù)時，例如測試精度要求為：
被測件指標動態(tài)范圍=80dB; 幅度誤差<0。1 dB ; 相位誤差< 0.6 degree
為滿足該被測件動態(tài)范圍和測試精度要求， 相應儀表接收機內(nèi)部干擾噪聲信號需比接收信號小 39 dB，既儀表測試動態(tài)范圍要求為>80+39=119dB。
3 網(wǎng)絡分析儀測試誤差及校準
網(wǎng)絡分析儀測試過程中的誤差主要分為三類； 系統(tǒng)誤差，隨機誤差，漂移誤差。
系統(tǒng)誤差是由于儀表內(nèi)部測試裝置的不理想引起，它是可預示和可重復出現(xiàn)的。假設是不隨時間變化的。從而可以定量進行描述，可在測試過程中通過校準消除。
隨機誤差是不可預示的，因為它以隨機形式存在，會隨時間變化，因此不能通過校準消除，隨機誤差的主要來源為；儀表內(nèi)部噪聲(如; 激勵源相位噪聲; 采樣噪聲;中頻接收機本底噪聲等)，開關動作重復性; 連接器重復性。
漂移誤差是儀表在校準后測試裝置性能漂移。漂移誤差主要是由于溫度變化造成，可通過進一步校準消除。校準后儀表能夠保持穩(wěn)定精度的時間長短取決與測試環(huán)境中儀表的漂移速度。
圖24 網(wǎng)絡分析儀測量誤差
3.1反射參數(shù)測試誤差分析
網(wǎng)絡分析儀校準可消除測試中的系統(tǒng)誤差。
分析一下反射測試過程中網(wǎng)絡分析儀存在的系統(tǒng)誤差。
網(wǎng)絡分析儀在掃頻狀態(tài)下工作，無論是儀表內(nèi)部設備還是外接的測試電纜等在工作頻帶范圍內(nèi)其特性都會存在變化，這些與頻率變化相關的測試誤差稱為“ 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，方向性誤差信號會疊加在真實的反射信號上，造成測試誤差。當被測件端口匹配性能好時，方向性誤差對測試影響較大。
反射指標測試過程中，反射信號通過傳輸路徑返回儀端口，儀表端口阻抗與傳輸線間會存在失配，該失配會造成信號二次入射，最終在傳輸路徑中的信號的多次入射，相應又形成多次反射，這項誤差稱為源失配誤差。被測件匹配性能越差，該項誤差對測試的影響越明顯。
同樣，被測件輸出的傳輸信號也會由于接收端阻抗失配造成反射，該信號會通過被測件的反向傳輸而疊加在真實反射信號上，從而形成負載失配誤差。如果被測件反向傳輸隔離性能較差，負載失配誤差的影響較大。
在網(wǎng)絡分析儀內(nèi)部R;A;B接收機因分別反映測試的輸入，反射及傳輸信號，但這些接收機之間會存在信號串擾，對于高隔離被測件(開關;隔離器; 大范圍衰減器)，該項誤差影響明顯。
上例中，正向測試存在共6項誤差，反向測試存在對稱的6項測試誤差，所以二端口器件測試中共存在12項誤差。儀表的二端口校準也被稱為12項誤差校準
圖25 反射參數(shù)測量誤差分析
3.2 隔離誤差
串擾誤差 (隔離誤差)是由于儀表內(nèi)部各測試接收通道間信號互相干擾引起。
隔離校準是在小測試功率環(huán)境下完成，常在接近系統(tǒng)的本底噪聲情況下進行，由于這個原因，一般情況下可跳過隔離校準過程，而不會對測試精度造成影響。
確定進行隔離校準，如果串擾與被測件匹配無關，隔離校準過程中可使用兩個匹配負載，并啟動掃跡線平均功能。如果串擾與被測件匹配有關，校準中應接入被測件完成。
圖26 隔離誤差
3.3 單端口器件的測試誤差模型
網(wǎng)絡分析儀校準的目的是消除測試的系統(tǒng)誤差。校準的思路是通過對標準件的測試得到網(wǎng)絡分析儀系統(tǒng)誤差項的具體數(shù)值，然后通過計算對被測件測試結果進行修正處理，消除其中誤差成份，得到被測件真實值。
下圖為網(wǎng)絡分析儀反射測試時系統(tǒng)誤差的數(shù)學模型， S11M網(wǎng)絡分析儀的實際測試值，其中包含各項測試誤差， 具體測試誤差有； ED;ERT;ES 等，儀表校準目的是通過計算消除這些誤差項的影響，得到S11A。為得到ED;ERT;ES ，通過測試標準件完成，由于要確定三項誤差，所以單端口校準要測試三個標準件。聯(lián)立方程組得解。
圖27 單端口誤差模型
3.4 校準的基本分類和概念
校準過程就是通過測試標準件測試系統(tǒng)誤差的過程，根據(jù)校準消除誤差項的不同，網(wǎng)絡分析儀校準主要分為頻響校準和矢量校準。，消除誤差項目的個數(shù)與測試的標準件數(shù)目相同。
頻響校準只測試一個標準件，校準過程較簡單。但只可確定頻響誤差一項誤差。頻響校準的過程相當于測試歸一化過程。既先將測試結果存入存儲器中得到參考線，然后用被測件測試結果與其比較。這樣可消除參考線中系統(tǒng)誤差影響。
矢量校準要求網(wǎng)絡分析儀具有幅度和相位測試能力。它要求測試多個標準件，從而可消除更多誤差項。
校準網(wǎng)絡分析儀誤差的過程：
測量參數(shù)已知的標準件，得到誤差項；將測試結果中誤差項成份消除。
反射測試：
存在三項誤差：方向性，源失配， 反射通道頻率響。
頻響校準(推薦標準件； short)消除頻響誤差；
1-port 單端校準 消除3項誤差。
反射傳輸測試：
存在12項誤差。
頻響校準( 校準件：through) 消除頻響誤差；
full 2 port 雙端口校準消除12項誤差；
Enhance Cal= S11 one port + through CAL；
cal kit：定義校準件數(shù)據(jù) definition file；
用戶可定義校準件；校準件定義必須和實際校準件相符。
矢量誤差校準是通過已知標準件的測試來得到儀表誤差項的過程。
儀表有兩個連接端口，每個端口都存在誤差。單端口校準( One Port CAL)可消除校準端口的所有系統(tǒng)誤差(方向性誤差；源失配誤差；反射跟蹤誤差)。
當網(wǎng)絡分析儀用于被測試件全部傳輸/反射性能測試時，儀表需對所有端口和傳輸連接線進行校準， 雙端口校準( Two Port CAL)能消除12項系統(tǒng)誤差。雙端口校準過程中需要使用四種校準件，進行7次連接測試。
3.5 開路校準的問題
校準過程中會使用開路校準件(OPEN)，它包含金屬傳輸延伸線和中心介質(zhì)竿。
使用專門開路件是因為在測試線端面，雖然滿足直流開路，但對于射頻和微波信號，存在中心導體到周圍屏蔽層的輻射，這種現(xiàn)象等效為電容特性。所以測試線端面不接任何負載。只能滿足直流開路，而對高頻信號，只相當于電容特性。電容值與物理尺寸和工作頻率有關。
圖28 開路校準的問題
匹配負載校準主要是得到儀表方向性誤差。
對于PNA系列網(wǎng)絡分析儀，當測試頻率很高時，微波頻段匹配負載阻抗值會發(fā)生變化，這會造成校準的誤差。當測試精度要求高時，需要使用滑動負載進行校準，滑動負載校準件相當于相位變化的固定負載，通過多個測試位置（至少3個）的測試可消除非理想負載對校準的影響。
4 校準的過程
標準件真實值數(shù)據(jù)被定義在cal kit數(shù)據(jù)文件中，該文件儲存在儀表內(nèi)部，為進行正確校準過程，校準件選擇必須與實際使用校準件相符。
校準過程中儀表會提示連接相應校準件，當將校準件連接接到相應端口后，按下儀表菜單中對應按鍵，注意測試極性(Male/Female)的選擇應依據(jù)測試端面來定義，而不是依據(jù)校準來定義。儀表然后進行測量和計算。校準結束后，需將計算得到的誤差數(shù)據(jù)進行存儲，以便下次測試調(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)，測試誤差會發(fā)生改變，需要重新進行校準。
儀表進行校準的接口端面在校準完成后稱為校準面，在該端面上傳輸特性應為：
端口阻抗特性阻抗；增益=0dB；Phase=0 degree。
當被測件可以和校準面直接連接時，測試精度為最高。
網(wǎng)絡分析儀在校準時設置測試狀態(tài)應該和被測件實際測試狀態(tài)相同。這些測試狀態(tài)包含：頻率范圍；功率；測試點數(shù)；接收機帶寬；掃描時間等。
在校準后改變測試參數(shù)設置，將會使測試精度降低或校準關閉。
4.1 雙端口校準的數(shù)學模型
雙端口校準是網(wǎng)絡分析儀最精確的誤差校準方法，因為雙端口校準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試中誤差的模型?？梢钥吹接捎诙丝谄骷嬖谡磦鬏斕匦裕云骷扯丝诘钠ヅ淝闆r會對另外端口的測試造成影響。
所以當雙端口校準后，儀表只測試某項指標(S11)時也要進行正反兩個方向掃描，得到所有S參數(shù)。
圖29 雙端口校準的數(shù)學模型
雙端口校準是網(wǎng)絡分析儀最精確的誤差校準方法，校準過程中需要至少7次連接校準件，通常測試中，隔離校準可以忽略。
基于二端口校準的誤差模型，二端口校準后，某一項S參數(shù)結果的測試都需要網(wǎng)絡分儀表進行正，反雙向測試，利用另外三個S參數(shù)對測試結果進行誤差消除運算。
這是被測件在校準前后結果對比，對于沒有校準的測試結果，存在典型的波動，它是系統(tǒng)誤差影響的結果。通過誤差校準后，測試掃跡能更正確反映被測件性能。
雙端口校準消除誤差項最多，校準后儀表測試精度最高。
4.2 不同校準方法比較和電子校準件
測試過程中根據(jù)測試參數(shù)和測試精度要求選擇相應校準方式。
圖30 不同校準方法比較
安捷倫提供各個頻率段電子校準件，電子校準件依靠PIN開關設置不同阻抗狀態(tài)，其校準精度與機械校準相同或更好。
電子校準不需要多次的校準件連接，可提高校準過程的效率和連接重復性。
安捷倫網(wǎng)絡分析儀都可支持電子校準件功能。 將雙端口校準的時間由機械校準的3分鐘縮小為1分鐘。
通過PIN二極管將阻抗控制在不同狀態(tài)：
13 個反射狀態(tài)， 不同高低反射性能；
2 個直通狀態(tài)；
1 個隔離狀態(tài)；
校準速度快，重復性好；
通過 TRL-校準后網(wǎng)絡儀進行測試。
校準精度介于 2-PORT校準和TRL校準 之間
圖31 電子校準件
4.3 對非插入器件測試的校準
測試中，往往需要利用適配器將儀表和被測件進行連接，該適配器可能會對測試結果有很大影響。如上圖所示，適配器引起的反射信號會與被測件的真實反射信號進行矢量疊加。
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，網(wǎng)絡分析儀表反射測試的動態(tài)范圍就只有14dB。
如上所述，在測試過程中，使用高性能的適配器是非常必要的，雖然校準可以降低適配器對測試的影響，但在高性能被測件測試中該影響仍然較明顯。
下面介紹在接入適配器后網(wǎng)絡分析儀的校準方法。
儀表通過校準后，其標準校準面為相同接頭形式并且極性相反的接口，被測件如果可以直接和這樣接口進行連接，被測件的端口也一定是相同接頭形式并極性相反接口，此時被測件稱為可插入器件。
工程中，被測往往不能滿足該要求，例如被測件端口1為SMA形式，端口2為N形接頭。這樣的被測件稱為非插入器件。非插入器件要想和儀表校準面連接必須通過適配器(轉(zhuǎn)接頭)，而這些適配器并沒有通過校準過程，會導致測試誤差，既最終測試結果是被測件和轉(zhuǎn)接頭性能的疊加結果。
對非插入器件，要想通過精確校準測到其真實值，可使用幾種方校準法，每種方法的復雜程度和校準精度不同。
4.4 等效適配器互換法校準
等效適配器互換法校準特別適合于具有兩個相同形式而極性相同端口的被測件(如； 1，2端口都為SMA陰性接頭)。此方法需要使用性能相同，而陰陽極性不同的兩個適配器。
等效適配器互換法校準第一步是在校準過程中利用能進行直通(Through)校準的適配器A來完成傳輸校準。但該適配器并不能與測試直接連接。在反射校準過程中，將適配器A換為適配器B，這一交換改變了一個測試端口的接口極性。
校準完成后的測試過程中，使用能和被測件直接連接的適配器B，適配器B可以直接和被測件連接。
如果適配器A和適配器B的電氣性能完全相同，可以認為適配器A和適配器B只是外形不同的同一個適配器。
這種校準方法的剩余誤差為兩個適配器之間的性能差異。校準過程較簡單，但不能適用于復雜非插入器件校準。
圖32 等效適配器互換法校準
4.5 轉(zhuǎn)接頭移去校準
適配器移去校準是針對非插入器件測試的精度較高的校準方法。這種方法適用于Agilent 8753/8720/8510 系列網(wǎng)絡分析儀。
適配器移去校準需要使用一個具有和被測件相同接口方式的適配器，這個適配器叫做校準適配器。適配器的電長度必須小于測試頻率的四分之一范圍內(nèi)。Agilent 提供的N，3。5mm 和2。4mm校準件可用于該目的，對于其它適配器，用戶可以直接輸入其電長度。
適配器移去校準需要進行兩次雙端口校準。第一次校準中，將直通適配器放在測試端口2，校準結果存入校準數(shù)據(jù)組中。
第二次校準，將適配器連接到測試端口1上，校準數(shù)據(jù)用不同文件名也存在校準數(shù)據(jù)組中。在這個過程中，可以使用兩種不同的校準件。以適應具有不同端口類型被測件的要求(端口1為N，端口2為SMA)。
兩次雙端口校準完成后，在儀表適配器移去校準功能鍵下，根據(jù)提示將兩次校準文件名輸入儀表，儀表通過計算可消除測量適配器對測試影響。
4.6 TRL校準
對于非同軸被測件進行測試， 如；波導和晶片等， TRL校準是經(jīng)常采用的校準方法，TRL代表“ Through；直通; Reflect；反射; Line；傳輸線。 采用TRL校準的原因是因為在非同軸和高頻率條件下，要實現(xiàn)理想的匹配負載非常困難。
真正完整的TRL校準為確定10項未知誤差，需使用4接收機網(wǎng)絡分析儀，其中2臺接收機用于反射信號測試，另兩臺接收機完成對傳輸信號的測試。 TRL 校準需進行14次測試。
其它術語如； LRL，LRM，TRM等只是采用其他校準件的同一種基本校準方法。
目前，許多無源和有源RF器件都采用表面安裝形式(SMT)，首先對這些器件的測試，需要使用相應測試夾具。又由于技術，功率承載和工作環(huán)境或設計標準的不同，這些元件的物理尺寸變化很大，相應各種夾具的尺寸和性能變化也很大。
對夾具測試需要考慮兩個因素：
1. 夾具設計
夾具應具有良好穩(wěn)定的機械性能。這些夾具往往會使用在生產(chǎn)線測試中，夾具需能讓被測件快速的插入;對齊和夾緊。對于RF工作頻段夾具，需考慮阻抗匹配因素，這要求精確設計夾具中傳輸線尺寸和空間屏蔽。
2．夾具校準
對夾具的校準最好采用夾具上校準，安捷倫網(wǎng)絡分析儀支持用戶定義校準件功能。定義的校準件要求用戶能對校準的物理特性進行表征，并將參數(shù)輸入到儀表內(nèi)部，并作為常用的由用戶定義的校準工具。
雖然用來描述校準標準件的參數(shù)很多，對于大多數(shù)應用來說，只要少數(shù)幾個參數(shù)需要修改。對于正確設計的PCB夾具而言，只有開路標準的邊緣電容和短路的延遲參數(shù)需要表征。
參考文獻
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