VNA中的源

現(xiàn)今，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀里面的源，通常都是用頻率綜合器來(lái)實(shí)現(xiàn)，分辨率小于1Hz，掃頻速度快。

且在指定范圍內(nèi)可以改變功率值，通常稱(chēng)為自動(dòng)環(huán)路控制(ALC)。調(diào)整范圍通常在20dB到大于40dB，且可以通過(guò)源后面的步進(jìn)衰減器進(jìn)行擴(kuò)展。

大多數(shù)VNA源，還有個(gè)功率平坦度的指標(biāo)，以在一定范圍內(nèi)提供恒定的功率給DUT。不過(guò)，這個(gè)不一定全由硬件實(shí)現(xiàn)，可以在出廠前進(jìn)行數(shù)字校準(zhǔn)，以在測(cè)試端口獲得準(zhǔn)確的功率值。

典型的VNA源的框圖，如下圖所示。有一個(gè)主要的振蕩器，提供比較寬的掃頻響應(yīng)，這個(gè)振蕩器后面還會(huì)有一些倍頻，分頻以及混頻電路，以擴(kuò)展最后輸出的頻率范圍。

在輸出端，會(huì)有一些射頻檢波器，以提供ALC環(huán)路操作，保持不同頻段下輸出功率的平坦度。但是，現(xiàn)在的VNA中，常用參考或測(cè)試接收機(jī)作為ALC回路的功率控制。在接收機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)的前提下，這種調(diào)整功率的方式，可以提供非常精確的結(jié)果，而且其調(diào)整功率的范圍要比二極管檢波器的范圍寬的多。

VNA的souce Match

VNA的source Match有三種，分別稱(chēng)為比例源匹配(ratio Source Match),功率源匹配(power source match)和源輸出阻抗(Source Output Impedance)。

(1) 比率源匹配（ratio souce match）

比率源匹配值，也被稱(chēng)為原始源匹配(raw source match)或未校正的源匹配(uncorrected source match)。

參考通道中的信號(hào)分離設(shè)備,比如說(shuō)功分器或者定向耦合器的指標(biāo)，以及VNA與DUT輸入端口的任何不匹配，都會(huì)產(chǎn)生原始源匹配值。

原始源匹配會(huì)影響比率測(cè)量結(jié)果。

比率源匹配可以在校準(zhǔn)過(guò)程中確定，如下圖所示。圖中顯示了功率分配器和定向耦合器的情況，上面的跡線(xiàn)是對(duì)應(yīng)雙電阻功率分配器，下面的跡線(xiàn)是對(duì)應(yīng)一個(gè)定向耦合器。雖然兩種情況下，具體的響應(yīng)不同，但是整體來(lái)看，還是相當(dāng)相似的。

(2) 功率源匹配(power source match)

功率源匹配是描述輸出功率如何隨施加負(fù)載而變化的數(shù)值。

如果功率源匹配為完全匹配，那么輸出正向波a1完全不受負(fù)載的影響。

然而，即使在一些理想的S參數(shù)測(cè)量架構(gòu)中，功率源匹配也不是0。

如下圖所示，使用了一個(gè)雙電阻的功率分配器，并且源阻抗也是50ohm。

因此，從測(cè)試端口，看到一個(gè)串聯(lián)的50ohm電阻，后面是50ohm的源阻抗和100ohm并聯(lián)（分路器的50ohm與參考接收機(jī)的輸入阻抗50ohm串聯(lián)），以產(chǎn)生一個(gè)Thevenin等效阻抗為如下值的阻抗：

由此可以看出，對(duì)于雙電阻分路器的情況，即使在理想情況下，功率源匹配也不可能是0。

當(dāng)在參考通道中使用的是定向耦合器時(shí)，從測(cè)試端口看過(guò)去的標(biāo)稱(chēng)匹配可能更接近于Z0。

當(dāng)DUT不匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反射信號(hào)。雖然這個(gè)反射信號(hào)會(huì)被參考通道檢測(cè)到，從而在增益測(cè)量種得到補(bǔ)償，但還是會(huì)導(dǎo)致a1波的輸出值與負(fù)載完全匹配時(shí)的結(jié)果不同，從而導(dǎo)致輸入至DUT的驅(qū)動(dòng)功率出現(xiàn)誤差或波動(dòng)，如下圖所示。

圖中的黑線(xiàn)，表示VNA接的是匹配負(fù)載時(shí)的輸出功率，由于系統(tǒng)中的其他不匹配，它不是完全平坦的，但是波動(dòng)比較小。

圖中的淺線(xiàn)，表示VNA接的是開(kāi)路負(fù)載時(shí)的輸出功率，這個(gè)大波動(dòng)是由于功率源匹配很差引起的，在入射信號(hào)中產(chǎn)生了近1dB的誤差。

功率源匹配很難確定，因?yàn)樗挥性跍y(cè)試端口不匹配時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。

從本質(zhì)上來(lái)講，可以改變施加到測(cè)試端口的阻抗，并測(cè)量從驅(qū)動(dòng)端口出來(lái)的功率，來(lái)推斷功率源匹配。它不能被直接測(cè)量。

使用"長(zhǎng)線(xiàn)"技術(shù)，或者“延線(xiàn)器”，滑動(dòng)失配器或者阻抗調(diào)諧器，作為測(cè)試端口的負(fù)載，并使用耦合器來(lái)測(cè)量入射波。

調(diào)節(jié)阻抗調(diào)諧器，進(jìn)行一系列的測(cè)量，來(lái)確定功率源匹配。如下圖所示。

下圖所示的跡線(xiàn)，是通過(guò)添加一個(gè)外部耦合器，并將耦合臂的輸出接至b2接收機(jī)后測(cè)到的a1波。耦合器的主臂連接到功率計(jì)上，設(shè)置矢網(wǎng)的輸出功率，使得功率計(jì)上測(cè)得的值為-10dBm，然后將b2接收器校準(zhǔn)為該輸出功率。移開(kāi)功率計(jì)，用一條全反射(短路或開(kāi)路)的長(zhǎng)線(xiàn)來(lái)代替它。

跡線(xiàn)上的波動(dòng)是功率失配的一種表示。

上面曲線(xiàn)是使用電阻功率分配器時(shí)的測(cè)量值，下面曲線(xiàn)是使用定向耦合器時(shí)的測(cè)量值。

可以看到，當(dāng)使用定向耦合器時(shí)，功率源匹配會(huì)有所提高。

然后，通過(guò)上面的曲線(xiàn)包絡(luò)，即可推算出功率源匹配，推算公式如下圖所示。其中，VSWR是上面輸出波形的峰峰值，單位為dB。LCM是監(jiān)測(cè)耦合器主臂的損耗。

上圖中上面的曲線(xiàn)，可以看到中，低頻處的p-p波動(dòng)約為3.0dB，外部耦合器的主線(xiàn)損耗約為1.6dB，所以功率源匹配為

(3) 源輸出阻抗

當(dāng)反射信號(hào)是與VNA源輸出信號(hào)有關(guān)時(shí)，VNA源的有效輸出匹配與功率源匹配相同。

但有時(shí)候，反射信號(hào)不與源輸出信號(hào)相關(guān)，也就是說(shuō)DUT反射其他信號(hào)到VNA源。比如，進(jìn)行混頻器測(cè)試時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。

如下圖所示，是source output impedance的測(cè)試曲線(xiàn)，這里，源頻率在源輸出阻抗測(cè)量上顯示為1GHz的大尖鋒。

同樣的，在參考通道中使用耦合器時(shí)的性能要優(yōu)于雙電阻分路器的性能。

審核編輯：湯梓紅