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【分享】网络分析仪技术指標和测量校准篇

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发表于 2020-3-11 16:19:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
    网络分析仪是测量网络参数的一种新型仪器,可直接测量有源或无源、可逆或不可网络分析仪的本底噪声Pmin,也就是系统的灵敏度。接收机的本底噪声DAN随机误差则包括测试装置的稳定性和仪器的稳定性。其主要组成为设备噪声,例如此校准方法中,由于是三通道,所以前向和反向通道中的误差项不同,总共有12这种方法适用于四通道仪器,采用7误差项的模型。3个校准件具有八个已知参数这种校准方式利用三个双端口器件进行校准。network参数可以未知,但需




说起網络分析仪,我想大家一定不会陌生;作為射频、微波领域最常见的儀表之一;我们对它可以說再熟悉不过,今天我们就来聊聊我们的這个好伙伴。
   


什么是網络分析仪?
网络分析仪是測量网络参数的一种新型儀器,可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和單口网絡的复数散射参数,并以掃頻方式给出各散射参數的幅度、相位频率特性。
网分的主要指标如下:
1. 频率范围:
这个就不多说了。一般网分中比较高端的網分范圍高频會到67G左右。如果超过67G肿么办?那就得上上變频器了,嘿嘿,这个有空再展開讲。
2. 频率分辨力:
這个是啥东東?可以理解成网分看频率的最小视力表,能看到多小的频率,这个指标常见1Hz或者0.1Hz。
3. 頻率准确度:
是指网分内的源,输出的頻率显示值相对于真实值的接近程度。
4. 功率准确度:
是指网分内的源,输出的功率显示值相对于真实值的接近程度。
5. 动态范围:
動态范围有两种定义方式:接收机動态范围和系统动態范围。
接收机动态范围:Pmax-Pmin。为了实现更大的接收機动态范围,可能需要使用放大器。
系統动态范圍:Pref-Pmin。
大家從上面的公式可以看出:一般接收机的动态范围会大于系统动态范围。
6. 本底噪声
网络分析仪的本底噪声Pmin, 也就是系統的灵敏度。接收机的本底噪聲DANL(英文全名 Display Average Noise Level)是網絡分析仪的一個重要技术指標, 它有助于确定分析仪的动態范圍。一般本底噪声都是归一化以后的噪声,也就是以dBm/Hz为基础单位。
7. 掃描速度
一般是201点掃描时的最快速度,越快当然测量效率越高。
网络分析仪的指標还是比較复杂的,比较重要且易理解的大概如上,然后再考慮具体的应用环境,我们基本上就可以完成網络分析仪的选型了。
接下来我们再聊聊網络分析仪的测量校准:
既然說校准,肯定是為了消除误差。那么网分的误差来自于哪些方面呢?
测量误差主要包括:随机误差、系统误差、漂移误差
系统误差则包括網络仪内部測试装置的系統響应和外部测试装置的系統响应。
漂移誤差由于温度引起的。它可以通过其它校准來去除。一般在測试设备可使用溫度范围的中值进行使用可以将该误差降到最低。
隨机误差则包括測试装置的穩定性和仪器的稳定性。其主要组成为设备噪声,例如采样噪声,IF底噪等,切换重復性以及接口重复性。當使用网分時,由于隨機性所以无法通过校準去除,可以通过提升信号源功率,降低IF带寬或者多次掃频求平均的方法来降低噪声误差。
所以校準主要弥补的是系統和漂移误差。
那誤差是通过什么样的误差模型來补偿的呢,一般现在的精准网络分析仪基本都选用了十二項误差模型:
   


双端口网络中,前向六项误差和反向六项误差,加起來稱十二项误差。
如FindRF上篇基础篇所讲,網络分析仪校准中常用机械校准件。机械校准件校準的主要方法:              
1. NORMALIZATION(直通校準)
Port1和port2 直通连接,包括反射与传输的归一化,提供了最快的测量速度。
2. FULL ONE PORT(全单端口校准)
Port1和port2 直通连接,port1 开路,port1 短路,port1 負載。
校准一个端口的T、D、S误差项,適用于精确测量端口的反射。比如天线的S参数\放大器单向传輸测试测试,可以用這种办法。
3. FULL TWO PORT(经典的TOSM)
  port1和port2 直通連接(Through)
  port1 开路,port2 开路 (Open)
  port1 短路port2 短路 (Short)
  port1 负载port2 负载 (Match)
看明白了吧,TOSM稱呼的来源就是上面四个步骤中的英文首字母。
此校准方法中,由于是三通道,所以前向和反向通道中的誤差项不同,总共有12个误差项,泄漏设为常數,4个校準件的10个已知参数可以确定10个誤差项。
缺点为:
1)步骤比较复雜,需要7个校准步骤
2)需知道所有校准件的參数
3)无法克服校准误差
上面TOSM方法适用于雙向测量,可校准两个端口,并进行所有S参数的测量。提供了最高的精度。
除了上面的几种最常用的,还有哪些校准方法呢?
1. TOM (through/open/match)
這种方法适用于四通道仪器,采用7误差项的模型。3個校准件具有八个已知參数,用来估计7个误差項。那么多出的一个等式用于认證校准结果正确与否,稱为内部認證,从而保证校准精度,避免校准誤差,在生产應用中具有很高的可靠性。只需五個步骤,适用于同軸系统。
   


2. TRM(through/reflect/match)
R可以未知,但在两个测试端口需相等,適用于测试夹具的校準。7误差项模型,T具有4个已知参数,M具有两個,R對称提供一個,从而可以估计7个误差。
如將端口空载,则只需3個步骤。
SHORT可以用来验证校准结果。
   


3. TNA(through/network/attenuator)
这种校准方式利用三个双端口器件进行校准。network参数可以未知,但需对稱。attenuator的衰减可以未知,但需良好匹配。T、N、A提供了七个已知參数进行7个误差項的估计。
如将端口空载,则只需2步校准。适于夾具和芯片校準。SHORT可以用来验证校準結果。
   


由于被测件的不同,校準方法还有很多窍门,本次网分基礎指标和校准就讲到这里,本文转自于西安安泰仪器维修中心网,欢迎留言探讨。


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