VNA中的源
现今,矢量网络分析仪里面的源,通常都是用频率综合器来实现,分辨率小于1Hz,扫频速度快。
且在指定范围内可以改变功率值,通常称为自动环路控制(ALC)。调整范围通常在20dB到大于40dB,且可以通过源后面的步进衰减器进行扩展。
大多数VNA源,还有个功率平坦度的指标,以在一定范围内提供恒定的功率给DUT。不过,这个不一定全由硬件实现,可以在出厂前进行数字校准,以在测试端口获得准确的功率值。
典型的VNA源的框图,如下图所示。有一个主要的振荡器,提供比较宽的扫频响应,这个振荡器后面还会有一些倍频,分频以及混频电路,以扩展最后输出的频率范围。
在输出端,会有一些射频检波器,以提供ALC环路操作,保持不同频段下输出功率的平坦度。但是,现在的VNA中,常用参考或测试接收机作为ALC回路的功率控制。在接收机进行校准的前提下,这种调整功率的方式,可以提供非常精确的结果,而且其调整功率的范围要比二极管检波器的范围宽的多。
VNA的souce Match
VNA的source Match有三种,分别称为比例源匹配(ratio Source Match),功率源匹配(power source match)和源输出阻抗(Source Output Impedance)。
(1) 比率源匹配(ratio souce match)
比率源匹配值,也被称为原始源匹配(raw source match)或未校正的源匹配(uncorrected source match)。
参考通道中的信号分离设备,比如说功分器或者定向耦合器的指标,以及VNA与DUT输入端口的任何不匹配,都会产生原始源匹配值。
原始源匹配会影响比率测量结果。
比率源匹配可以在校准过程中确定,如下图所示。图中显示了功率分配器和定向耦合器的情况,上面的迹线是对应双电阻功率分配器,下面的迹线是对应一个定向耦合器。虽然两种情况下,具体的响应不同,但是整体来看,还是相当相似的。
(2) 功率源匹配(power source match)
功率源匹配是描述输出功率如何随施加负载而变化的数值。
如果功率源匹配为完全匹配,那么输出正向波a1完全不受负载的影响。
然而,即使在一些理想的S参数测量架构中,功率源匹配也不是0。
如下图所示,使用了一个双电阻的功率分配器,并且源阻抗也是50ohm。
因此,从测试端口,看到一个串联的50ohm电阻,后面是50ohm的源阻抗和100ohm并联(分路器的50ohm与参考接收机的输入阻抗50ohm串联),以产生一个Thevenin等效阻抗为如下值的阻抗:
由此可以看出,对于双电阻分路器的情况,即使在理想情况下,功率源匹配也不可能是0。
当在参考通道中使用的是定向耦合器时,从测试端口看过去的标称匹配可能更接近于Z0。
当DUT不匹配时,会产生一个反射信号。虽然这个反射信号会被参考通道检测到,从而在增益测量种得到补偿,但还是会导致a1波的输出值与负载完全匹配时的结果不同,从而导致输入至DUT的驱动功率出现误差或波动,如下图所示。
图中的黑线,表示VNA接的是匹配负载时的输出功率,由于系统中的其他不匹配,它不是完全平坦的,但是波动比较小。
图中的浅线,表示VNA接的是开路负载时的输出功率,这个大波动是由于功率源匹配很差引起的,在入射信号中产生了近1dB的误差。
功率源匹配很难确定,因为它只有在测试端口不匹配时才会出现。
从本质上来讲,可以改变施加到测试端口的阻抗,并测量从驱动端口出来的功率,来推断功率源匹配。它不能被直接测量。
使用"长线"威廉希尔官方网站 ,或者“延线器”,滑动失配器或者阻抗调谐器,作为测试端口的负载,并使用耦合器来测量入射波。
调节阻抗调谐器,进行一系列的测量,来确定功率源匹配。如下图所示。
下图所示的迹线,是通过添加一个外部耦合器,并将耦合臂的输出接至b2接收机后测到的a1波。耦合器的主臂连接到功率计上,设置矢网的输出功率,使得功率计上测得的值为-10dBm,然后将b2接收器校准为该输出功率。移开功率计,用一条全反射(短路或开路)的长线来代替它。
迹线上的波动是功率失配的一种表示。
上面曲线是使用电阻功率分配器时的测量值,下面曲线是使用定向耦合器时的测量值。
可以看到,当使用定向耦合器时,功率源匹配会有所提高。
然后,通过上面的曲线包络,即可推算出功率源匹配,推算公式如下图所示。其中,VSWR是上面输出波形的峰峰值,单位为dB。LCM是监测耦合器主臂的损耗。
上图中上面的曲线,可以看到中,低频处的p-p波动约为3.0dB,外部耦合器的主线损耗约为1.6dB,所以功率源匹配为
(3) 源输出阻抗
当反射信号是与VNA源输出信号有关时,VNA源的有效输出匹配与功率源匹配相同。
但有时候,反射信号不与源输出信号相关,也就是说DUT反射其他信号到VNA源。比如,进行混频器测试时,就会发生这种情况。
如下图所示,是source output impedance的测试曲线,这里,源频率在源输出阻抗测量上显示为1GHz的大尖锋。
同样的,在参考通道中使用耦合器时的性能要优于双电阻分路器的性能。
审核编辑:汤梓红
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原文标题:VNA的source match
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