步進(jìn)衰減器讓矢網(wǎng)成為更好的矢網(wǎng)

VNA有很多性能指標(biāo)，包括：

頻率范圍：決定可測(cè)的頻率范圍

頻率分辨率：儀器可輸出的最小頻率步進(jìn)，限制了所有測(cè)量的精度

測(cè)量準(zhǔn)確度：底線，與幅度和相位的測(cè)量不確定性相關(guān)

輸出功率范圍：測(cè)試端口處的輸出功率。有的DUT對(duì)不同的輸入功率，響應(yīng)不一樣。這些DUT被設(shè)計(jì)為在輸入功率范圍內(nèi)或以特定輸入功率運(yùn)行。

功率分辨率：輸出功率可調(diào)的步進(jìn)；更好的功率分辨率允許更準(zhǔn)確的輸出功率設(shè)置。

輸出端口的諧波失真和非諧波雜散：測(cè)試端口出現(xiàn)的不需要的雜散信號(hào)。低失真可以提供更準(zhǔn)確的結(jié)果，尤其是在測(cè)量 DUT 失真或諧波時(shí)。

測(cè)量速度：每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量速度；當(dāng) VNA 激勵(lì)設(shè)置導(dǎo)致掃描時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)對(duì)總周期時(shí)間產(chǎn)生很大影響。

而步進(jìn)衰減器的存在，則使得矢網(wǎng)在輸出功率范圍這一指標(biāo)上表現(xiàn)優(yōu)異，使得矢網(wǎng)成為更好的矢網(wǎng)。

許多現(xiàn)代矢網(wǎng)，都會(huì)在參考耦合器和測(cè)試耦合器之間，增加一個(gè)步進(jìn)衰減器。

因?yàn)閂NA中步進(jìn)衰減器的存在，可以：

(1) 可以實(shí)現(xiàn)更大的功率輸出范圍。因?yàn)榧傾LC電路可提供的輸出功率范圍有限，步進(jìn)衰減器使得源功率可以設(shè)置成更大的范圍。

(2) 衰減器減小了功率源匹配和比率源匹配之間的差異，從而改善輸出端口匹配。

在一般情況下，功率源匹配(power source match)和比率源匹配(ratio source match)是兩個(gè)不同的參量，而功率源匹配在常規(guī)校準(zhǔn)的過(guò)程中，是不被表征的；比率源匹配可以在校準(zhǔn)過(guò)程中確定。

步進(jìn)衰減器把這兩個(gè)值的差異減小了衰減器衰減值的2倍。降低兩者的差異后，則可以根據(jù)比率源匹配計(jì)算源功率的誤差，這時(shí)作為正常校準(zhǔn)過(guò)程中的一部分執(zhí)行的。

(3) 有助于在測(cè)試端口生成低噪聲信號(hào)。步進(jìn)衰減器放置在參考耦合器和測(cè)試耦合器之間，另一個(gè)有吸引力的好處是與信號(hào)的噪聲水平有關(guān)。即使在測(cè)試端口需要小信號(hào)時(shí)，衰減器也允許參考通道中的大信號(hào)，這將有助于在測(cè)試端口生成低噪聲信號(hào)。

(4) 校準(zhǔn)狀態(tài)可以在改變衰減器值的前后，基本保持有效。

步進(jìn)衰減器的插損，可以很好的被補(bǔ)償，但是它對(duì)匹配的影響，確是無(wú)法補(bǔ)償?shù)摹?/p>

當(dāng)步進(jìn)衰減器具有一定的衰減值時(shí)，源匹配和負(fù)載匹配特性，主要由衰減器的匹配決定，而且這種情況下的匹配通常非常好。

因此，在測(cè)試過(guò)程中，如果不要求輸出最大端口功率的話，最好使用一些步進(jìn)衰減器值。

因?yàn)楫?dāng)衰減值值大于0dB時(shí)，原始匹配通常會(huì)更好。因此，在設(shè)置一定的衰減值的情況下，進(jìn)行校準(zhǔn)，當(dāng)衰減器切換到一個(gè)不同的非零值時(shí)，對(duì)校準(zhǔn)測(cè)量的影響較小，也就是說(shuō)，改變衰減器的值，對(duì)校準(zhǔn)狀態(tài)影響不大。

但是一些老的VNA，沒(méi)有對(duì)標(biāo)稱(chēng)衰減器值的變化進(jìn)行補(bǔ)償，所以，不允許在校準(zhǔn)后，更改衰減器的值。通常來(lái)說(shuō)，更改步進(jìn)衰減器的值，會(huì)改變相應(yīng)端口上，所有的原始誤差項(xiàng)。而在這些VNA中，誤差校正通常會(huì)因?yàn)椴竭M(jìn)衰減值的變化而關(guān)閉。所以，在這些矢網(wǎng)中，改變衰減器的值，會(huì)破壞原先的校準(zhǔn)狀態(tài)。

VNA內(nèi)部對(duì)衰減值是怎么處理的？

在大多數(shù)VNA中，標(biāo)稱(chēng)的衰減值是已知的，參考接收機(jī)會(huì)針對(duì)衰減器值的變化有所補(bǔ)償。而且，ALC電路也會(huì)起作用，所以，改變衰減器的值，只會(huì)導(dǎo)致測(cè)試端口輸出功率值的輕微變化。標(biāo)稱(chēng)衰減值通常在實(shí)際衰減值的0.25~0.5dB范圍內(nèi)。

也就是說(shuō)，當(dāng)改變矢網(wǎng)的VNA設(shè)置時(shí)，矢網(wǎng)內(nèi)部的一系列操作，保證從端口處看到的輸出功率基本保持不變。假設(shè)衰減器的衰減量從10dB增加到15dB，那么內(nèi)部源的功率也會(huì)增加一定的值，比如也增加5dB。參考接收機(jī)位于步進(jìn)衰減器之前，所以該接收機(jī)看到的信號(hào)也增加5dB。但是，由于希望參考接收機(jī)功率顯示與端口功率相同，所以其讀數(shù)也需要降低一個(gè)值，比如降低5dB。

參考資料：

https://coppermountaintech.com/what-makes-a-good-vna/

Joel P. Dunsmore HANDBOOK OF MICROWAVE COMPONENT MEASUREMENTS WITH ADVANCED VNA TECHNIQUES