利用矢量網絡分析儀對微波器件進行測試時，矢量網絡分析儀的測試動態范圍將影響被測微波器件（DUT）的測量范圍、測量精度和測量速度。只有矢量網絡分析儀的測試動態范圍大于被測微波器件的動態范圍時，才能獲得準確測試結果，進而在測試精度不受影響的前提下通過設置較寬的中頻帶寬從而提高測試速度。

矢量網絡分析儀工作原理

了解矢量網絡分析儀的工作原理和動態范圍的定義，對開展大動態范圍器件的測試很有必要。它是同時具備信號源和接收機（包括參考接收機和測量接收機）功能的高精度測量儀器，矢量網絡分析儀工作原理框圖 ，如圖1所示。

圖1 矢量網絡分析儀的原理框圖

矢量網絡分析儀的測量動態范圍，是指矢量網絡分析儀接收機能測量到輸入的最大功率和最小可測功率（本底噪聲）之間的差值。要使測量正確有效，輸入信號必須在這個范圍內。圖2為矢量網絡分析儀的測量動態范圍示意圖。

圖2 測量動態范圍示意圖

由此可知，影響矢量網絡分析儀測量動態范圍的因素主要有接收機最大輸入功率P最大和接收機的本底噪聲P最小，由此可以通過增大接收機輸入功率和減小接收機本底噪聲來增加矢量網絡分析儀的動態范圍，矢量網絡分析儀的測量動態范圍由以下參量決定。

1）測量動態范圍的上限在系統工作電平較大時會受到系統非線性壓縮的影響。

2）動態范圍的下限在小信號狀態下會受到系統噪聲門限的影響。

為了減小測量的不確定度，矢量網絡分析儀的動態范圍要比被測微波器件的動態范圍大，例如，當被測信號至少比本底噪聲高10dB時，才能有效提高精度。

利用矢量網絡分析儀測試

大動態范圍器件的幾種方法

2.1 提高被測微波器件的輸入功率

提高被測微波器件的輸入功率能使矢量網絡分析儀更精確地檢測被測微波器件的輸出功率，但要注意如果矢量網絡分析儀接收機輸入功率過高，可能引起壓縮失真，高到一定程度甚至會損壞接收機，有些矢量網絡分析儀的0.1dB壓縮點只有+5dBm甚至更低，輸入電平在+15dBm時就可能損毀接收機，在采用設置增大矢量網絡分析儀輸出功率時要特別注意。

測試時還需要注意，如果被測微波器件增益很高，如測試放大器，則不能使用最大的源輸出功率，因為，此時接入矢量網絡分析儀接收機端口的功率非常大，可能會燒毀矢量網絡分析儀的接收機。

在測試大動態范圍器件時，建議采用功率計對矢量網絡分析儀激勵信號源輸出電平值進行測試，以減小激勵信號源電平不準確引入的測量不確定度。因為矢量網絡分析儀在進行S參數測試時，是根據激勵信號源和接收機相對功率電平得出測量結果，通常情況下，矢量網絡分析儀激勵信號源輸出電平不準確，依然可以準確測量S參數，但在測試大動態范圍器件時，尤其是矢量網絡分析儀激勵信號源輸出電平比標稱值偏低超差時，測試將受到很大影響。

KEYSIGHT矢量網絡分析儀測試功率通常在【Stimulus】/(激勵)菜單中【Power】/(功率)菜單下進行設置。

2.2 減小中頻帶寬降

低矢量網絡分析儀接收機的本底噪聲可以增大測量動態范圍，而降低本底噪聲與中頻帶通濾波器的帶寬【IF Bandwidth】/(中頻帶寬)的設置有關。矢量網絡分析儀測量時，將接收到的響應信號變頻到頻率較低的中頻信號進行處理，減小中頻帶寬可以降低隨機噪聲對測量結果的影響，中頻帶寬每減小10倍就可以使矢量網絡分析儀本底噪聲降低10dB，從而使測量動態范圍提高10dB，矢量網絡分析儀在不同中頻帶寬設置時測試動態范圍如圖3，通道1中頻帶寬為100Hz，通道2中頻帶寬為300kHz。

圖3 不同中頻帶寬下測試的器件動態范圍

矢量網絡分析儀的中頻帶寬設置一般可以從1Hz到3MHz，根據機型不同有的甚至更大，但設置較小的中頻帶寬會使掃描時間變長，測試速度也比較慢。矢量網絡分析儀支持對每一個通道或段掃描設置中頻帶寬，中頻帶寬通常在【Response】/(響應)菜單下【Avg】/(平均)子菜單中【IF Bandwidth】/(中頻帶寬)進行設置。

在測試濾波器類微波器件時，建議采用分段掃描工作方式，將濾波器通帶和阻帶分為不同的分段，可設置不同的中頻帶寬：在通帶內，較大的中頻帶寬就能得到準確測量結果，同時，獲得較快的測試速度；在阻帶內，測量結果受矢量網絡分析儀本底噪聲的影響較大，需要設置較小的中頻帶寬，以提高測試精度，如圖4所示。

圖4 采用分段掃描測試濾波器

2.3 設置掃描平均

增加矢量網絡分析儀掃描平均，可降低隨機噪聲對測量的影響，從而增大測量動態范圍。矢量網絡分析儀通過幾次連續掃描，對同一個測量點取平均來計算每一個測量值，平均次數越多，越能夠有效降低噪聲對測量的影響。

設置掃描平均通常在【Response】/(響應)菜單下【Avg】/(平均)子菜單中進行設置，需要同時設置【Average ON/Off】/(平均打開/關閉)和【Average Factor】/(平均因子)參數。開啟平均掃描功能后，降低了隨機噪聲對測量的影響，擴大了測量動態范圍。如圖5所示。

圖5 矢量網絡分析儀啟用平均后的隨機噪聲

增加掃描平均次數，會使掃描時間變長，通常情況下采用增加掃描平均降低噪聲提高動態范圍，要比減小中頻帶寬所需時間要長，尤其是平均次數較多時。

2.4 減少矢量網絡分析儀接收機串擾

當測量接近于本底噪聲的信號時，通過減少矢量網絡分析儀接收機的串擾，可以增大動態范圍。串擾是指矢量網絡分析儀信號路徑之間的能量泄漏，理想情況下，只有通過被測件的傳輸信號到達接收機，實際中會有少量的信號通過矢量網絡分析儀中其它路徑到達接收機，形成串擾信號。可以通過選擇交替掃描方式和進行隔離校準減小串擾的影響。

1）設置交替掃描

在交替掃描方式中，矢量網絡分析儀每次掃描時，只對一個接收機進行測量，斷開其它接收機，降低接收機的串擾。

設置交替掃描方式通常在【Sweep】/(掃描)菜單下【Sweep Setup】/(掃描設置)子菜單中，對【Alternate Sweeps】/(交替掃描)進行設置。可以獨立對矢量網絡分析儀每個測量通道設定交替掃描工作方式。

矢量網絡分析儀同時開展反射測量和傳輸測量，采用交替掃描方式時，掃描時間變長。只開展傳輸測量或反射測量，采用交替掃描方式時，掃描時間影響不大。

2）進行隔離校準

測試工程師在測試常規微波器件時，通常會省略隔離校準，這對測量結果影響不太明顯，在測量大動態范圍器件時進行隔離校準尤為必要，隔離校準過程能夠修正端口間的串擾誤差，提高校準精度，從而提高測量結果精度。

隔離校準適用于全雙端口SOLT校準和TRL校準，可以在【Cal】/(校準)菜單下【Calibration Wizard】/(校準向導)中，選擇【Isolation】/(隔離)進行設置。

在進行隔離校準時，需要在矢量網絡分析儀兩個測量端口同時連接負載，此時，測量接收機接收到的信號就是矢量網絡分析儀內部泄漏的串擾信號，在測量時通過誤差修正去除串擾誤差。開展隔離校準時，要使用小的中頻帶寬，同時，打開掃描平均，提高校準精度。

2.5 利用矢量網絡分析儀面板跳線

部分矢量網絡分析儀安裝有面板跳線，比如KEYSIGHT公司的高性能PNA系列矢量網絡分析儀，利用這些跳線可以實現較多擴展測試功能，在測試大動態范圍器件時就可以使用。

為擴大矢量網絡分析儀測量動態范圍，可以繞過測試端口耦合器而直接將信號饋入接收機。如圖6所示，信號不接測試端口，先取下CPLR ARM—RCVR A IN連接端子，再將信號直接與RCVR A IN連接。

圖6 PNA系列網絡分析儀面板跳線

結束語

利用矢量網絡分析儀，可以方便地測試大動態范圍微波器件，只有選擇合理的測試參數設置和校準測試方法，才能得到較精確的測試結果，文章介紹了幾種利用矢量網絡分析儀測試大動態范圍器件的方法，這些方法操作簡單，在日常測試中已得到很好的應用，希望對其他微波測試工程師能有所幫助。