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[分享] 【分享】网络分析仪技术指标和测量校准篇

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初级技师

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发表于 2019-6-19 10:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
说起网络分析仪,我想大家一定不会陌生;作为射频、微波领域最常见仪表之一;我们对它可以说再熟悉不过,今天我们就来聊聊我们的这个好伙伴。
0_副本.jpg
什么是网络分析仪?
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、可逆或不可逆的双口和单口网络的复数散射参数,并以扫频方式给出各散射参数的幅度、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网分范围高频会到67G左右。如果超过67G肿么办?那就得上上变频器了,嘿嘿,这个有空再展开讲。
2. 频率分辨力:
这个是啥东东?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. 频率准确度:
是指网分内的源,输出的频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:
动态范围有两种定义方式:接收机动态范围和系统动态范围。
接收机动态范围:Pmax-Pmin。为了实现更大的接收机动态范围,可能需要使用放大器。
系统动态范围:Pref-Pmin。
大家从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, 也就是系统的灵敏度。接收机的本底噪声DANL(英文全名 Display Average Noise Level)是网络分析仪的一个重要技术指标, 它有助于确定分析仪的动态范围。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. 扫描速度
一般是201点扫描时的最快速度,越快当然测量效率越高。
网络分析仪的指标还是比较复杂的,比较重要且易理解的大概如上,然后再考虑具体的应用环境,我们基本上就可以完成网络分析仪的选型了。
接下来我们再聊聊网络分析仪的测量校准
既然说校准,肯定是为了消除误差。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
系统误差则包括网络仪内部测试装置的系统响应和外部测试装置的系统响应。
漂移误差由于温度引起的。它可以通过其它校准来去除。一般在测试设备可使用温度范围的中值进行使用可以将该误差降到最低。
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,例如采样噪声,IF底噪等,切换重复性以及接口重复性。当使用网分时,由于随机性所以无法通过校准去除,可以通过提升信号源功率,降低IF带宽或者多次扫频求平均的方法来降低噪声误差。
所以校准主要弥补的是系统漂移误差
那误差是通过什么样的误差模型来补偿的呢,一般现在的精准网络分析仪基本都选用了十二项误差模型:
1_副本.jpg
双端口网络中,前向六项误差和反向六项误差,加起来称十二项误差。
如FindRF上篇基础篇所讲,网络分析仪校准中常用机械校准件。机械校准件校准的主要方法:              
1. NORMALIZATION(直通校准)
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 负载。
校准一个端口的T、D、S误差项,适用于精确测量端口的反射。比如天线的S参数\放大器单向传输测试测试,可以用这种办法。
3. FULL TWO PORT(经典的TOSM)
  port1和port2 直通连接(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称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误差项不同,总共有12个误差项,泄漏设为常数,4个校准件的10个已知参数可以确定10个误差项。
缺点为:
1)步骤比较复杂,需要7个校准步骤
2)需知道所有校准件的参数
3)无法克服校准误差
上面TOSM方法适用于双向测量,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)
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,用来估计7个误差项。那么多出的一个等式用于认证校准结果正确与否,称为内部认证,从而保证校准精度,避免校准误差,在生产应用中具有很高的可靠性。只需五个步骤,适用于同轴系统。
2_副本.jpg
2. TRM(through/reflect/match)
R可以未知,但在两个测试端口需相等,适用于测试夹具的校准。7误差项模型,T具有4个已知参数,M具有两个,R对称提供一个,从而可以估计7个误差。
如将端口空载,则只需3个步骤。
SHORT可以用来验证校准结果。
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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,但需对称。attenuator的衰减可以未知,但需良好匹配。T、N、A提供了七个已知参数进行7个误差项的估计。
如将端口空载,则只需2步校准。适于夹具和芯片校准。SHORT可以用来验证校准结果。
4_副本.jpg
由于被测件的不同,校准方法还有很多窍门,本次的网分基础指标和校准就讲到这里,本文转载于西安安泰仪器维修中心网,欢迎留言探讨。

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