矢量網絡分析儀是射頻微波器件測試必不可少的設備，主要用于測試器件的S參數及其衍生參數。大多數射頻工程師都有接觸，但是對于其基本組成及測試原理深度探究的并不多。后面計劃寫一些文章，專門介紹矢網的基礎內容。本文主要介紹矢網的基礎組成部分——反射計(Reflectometer)，包含哪些關鍵部件，以及基本工作原理。
圖1給出了反射計的基本結構示意圖，主要包含信號源、參考接收機、測量接收機、定向元件及衰減器等部分，有的矢網可能還含有Bias-Tee模塊，用于給DUT提供直流偏置。反射計的基本工作過程為：激勵源提供的掃頻信號或者單頻點信號，饋入DUT，經DUT反射的信號經過定向元件進入接收機測試，將測得的信號與激勵源提供的信號取比值即可得到反射系數。
曾經在給客戶介紹矢網基本原理的時候，被問到“既然矢網上可以設置功率，為什么還需要參考接收機？直接利用測量接收機測試的信號與信號設置功率比較，不就可以確定DUT的傳輸特性嗎？”
這個問題其實并不難，且不論矢網設置的功率是否準確，功率是一個標量，只能表征幅度，卻沒有相位信息。而S參數測試是矢網最基本的測試功能，不僅僅要得到幅度參數，還要有相位信息，如果參與計算的激勵信號是一個標量，那怎么可能得到矢量參數呢？
正因為此，反射計中需要有一個接收機能夠對激勵信號進行幅度和相位的標定，以此作為參考信號，用于計算DUT的S參數，這就是參考接收機的由來。
圖1. 反射計基本架構示意圖
源步進衰減器位于激勵源與定向元件之間，主要用于擴展矢網端口輸出功率范圍的，適用于高增益有源器件或模塊的測試。接收機步進衰減器位于測量接收機的通道上，防止接收機過載飽和而惡化測試精度。一般在測試PA等大功率應用下，才會用到接收機步進衰減器。
定向元件作為反射計的核心部件之一，主要用于分離入射波和反射波，這樣才能夠測試反射系數。對于10 GHz以下的矢網，定向元件多數采用VSWR bridge實現，更高頻率的矢網基本都采用雙定向耦合器。
介紹完了反射計基本架構及各個部件的作用，下面聊聊一個深度問題：源步進衰減器的位置對于測試的影響如何？
目前業界的矢網，源步進衰減器除了具有圖1所示的位置，還有一種圖2所示的位置，定向元件不再是雙定向耦合器，而是使用兩個普通的定向耦合器實現的，源步進衰減器位于兩個耦合器之間。源步進衰減器的位置不同對測試有什么影響呢？
圖2. 衰減器位置不同的反射計架構
如果DUT是無源器件，則一般不需要調節源步進衰減器，所以其位于哪個位置，對測試都沒有影響。如果DUT為高增益有源器件或者模塊，要求的端口輸出功率可能超過了激勵源本身輸出的動態范圍，此時就需要設置源步進衰減器。
對于圖1，如果使用了源步進衰減器，端口輸出的功率減小的同時，饋入到參考接收機的信號也會減弱，那么SNR就會降低，從而使得測試結果波動較大。但是這種架構的優勢就是，強信號(比如-10 dBm)下做完系統誤差校準，測試時激勵功率降低至弱信號時，校準依然有效，無需重新校準。
對于圖2，如果在強信號下做完校準，測試時再使用源步進衰減器降低端口輸出功率，則校準將失效。因此，只能在測試時所要求的信號電平上校準。但是，這樣會惡化校準精度，因為校準的過程就是測試校準件的過程，如果激勵信號小了，測量接收機的SNR就會降低，從而降低了校準精度。對于這種測試場景，只能先在高功率狀態下校準，通過一定的方法事先將引入衰減器后的頻響變化確定下來，然后再進行補償，才能保證校準、測試精度。
從源步進衰減器位置的角度看，不同廠家的矢網采用的架構不同，在這種要求低功率激勵信號的應用下，各家都有自己的應對措施。比如圖1這種架構，為了提高參考接收機的SNR，可以通過降低測量帶寬或者平均的方式抑制跡線噪聲，這需要在測量速度與精度之間權衡。采用圖2所示架構的廠家，據稱可以通過技術手段來消除衰減器的變化引入的影響，由于參考接收機受SNR的影響較小，所以跡線噪聲相對較小，測試結果更加平滑。
最后介紹一下如何完成準確的反射測試。由于組成反射計的部件并非是理想的，會引入損耗與相移，而且還存在失配，所以直接由兩個接收機測得的信號計算出的反射系數并不是DUT真實的反射系數，可以稱之為反射系數測量值。如何得到真正的反射系數？
這就需要系統誤差校準了，對于單端口反射測試，一般采用精度最高的OSM校準，采用OpenShortMatch三個校準件，就可以求解出所涉及的所有誤差項。關于OSM校準，具體細節在前面發布的文章中已有描述，此處不再贅述，可以參考“Knight：淺析矢量網絡分析儀誤差模型及校準”。
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