RF测试笔记是业界一线工程师们通过理论和实践相结合的方式介绍射频微波测试技术的专栏，主要涵盖噪声系数、数字调制、矢网、频谱分析、脉冲信号等内容。如有想看到的内容或技术问题，可以在文尾写下留言。
矢量网络分析仪是射频微波器件测试必不可少的设备，主要用于测试器件的S参数及其衍生参数。大多数射频工程师都有接触，但是对于其基本组成及测试原理深度探究的并不多。后面计划写一些文章，专门介绍矢网的基础内容。本文主要介绍矢网的基础组成部分——反射计(Reflectometer)，包含哪些关键部件，以及基本工作原理。
图1给出了反射计的基本结构示意图，主要包含信号源、参考接收机、测量接收机、定向元件及衰减器等部分，有的矢网可能还含有Bias-Tee模块，用于给DUT提供直流偏置。反射计的基本工作过程为：激励源提供的扫频信号或者单频点信号，馈入DUT，经DUT反射的信号经过定向元件进入接收机测试，将测得的信号与激励源提供的信号取比值即可得到反射系数。
曾经在给客户介绍矢网基本原理的时候，被问到“既然矢网上可以设置功率，为什么还需要参考接收机？直接利用测量接收机测试的信号与信号设置功率比较，不就可以确定DUT的传输特性吗？”
这个问题其实并不难，且不论矢网设置的功率是否准确，功率是一个标量，只能表征幅度，却没有相位信息。而S参数测试是矢网最基本的测试功能，不仅仅要得到幅度参数，还要有相位信息，如果参与计算的激励信号是一个标量，那怎么可能得到矢量参数呢？
正因为此，反射计中需要有一个接收机能够对激励信号进行幅度和相位的标定，以此作为参考信号，用于计算DUT的S参数，这就是参考接收机的由来。
图1. 反射计基本架构示意图
源步进衰减器位于激励源与定向元件之间，主要用于扩展矢网端口输出功率范围的，适用于高增益有源器件或模块的测试。接收机步进衰减器位于测量接收机的通道上，防止接收机过载饱和而恶化测试精度。一般在测试PA等大功率应用下，才会用到接收机步进衰减器。
定向元件作为反射计的核心部件之一，主要用于分离入射波和反射波，这样才能够测试反射系数。对于10 GHz以下的矢网，定向元件多数采用VSWR bridge实现，更高频率的矢网基本都采用双定向耦合器。
介绍完了反射计基本架构及各个部件的作用，下面聊聊一个深度问题：源步进衰减器的位置对于测试的影响如何？
目前业界的矢网，源步进衰减器除了具有图1所示的位置，还有一种图2所示的位置，定向元件不再是双定向耦合器，而是使用两个普通的定向耦合器实现的，源步进衰减器位于两个耦合器之间。源步进衰减器的位置不同对测试有什么影响呢？
图2. 衰减器位置不同的反射计架构
如果DUT是无源器件，则一般不需要调节源步进衰减器，所以其位于哪个位置，对测试都没有影响。如果DUT为高增益有源器件或者模块，要求的端口输出功率可能超过了激励源本身输出的动态范围，此时就需要设置源步进衰减器。
对于图1，如果使用了源步进衰减器，端口输出的功率减小的同时，馈入到参考接收机的信号也会减弱，那么SNR就会降低，从而使得测试结果波动较大。但是这种架构的优势就是，强信号(比如-10 dBm)下做完系统误差校准，测试时激励功率降低至弱信号时，校准依然有效，无需重新校准。
对于图2，如果在强信号下做完校准，测试时再使用源步进衰减器降低端口输出功率，则校准将失效。因此，只能在测试时所要求的信号电平上校准。但是，这样会恶化校准精度，因为校准的过程就是测试校准件的过程，如果激励信号小了，测量接收机的SNR就会降低，从而降低了校准精度。对于这种测试场景，只能先在高功率状态下校准，通过一定的方法事先将引入衰减器后的频响变化确定下来，然后再进行补偿，才能保证校准、测试精度。
从源步进衰减器位置的角度看，不同厂家的矢网采用的架构不同，在这种要求低功率激励信号的应用下，各家都有自己的应对措施。比如图1这种架构，为了提高参考接收机的SNR，可以通过降低测量带宽或者平均的方式抑制迹线噪声，这需要在测量速度与精度之间权衡。采用图2所示架构的厂家，据称可以通过技术手段来消除衰减器的变化引入的影响，由于参考接收机受SNR的影响较小，所以迹线噪声相对较小，测试结果更加平滑。
最后介绍一下如何完成准确的反射测试。由于组成反射计的部件并非是理想的，会引入损耗与相移，而且还存在失配，所以直接由两个接收机测得的信号计算出的反射系数并不是DUT真实的反射系数，可以称之为反射系数测量值。如何得到真正的反射系数？
这就需要系统误差校准了，对于单端口反射测试，一般采用精度最高的OSM校准，采用Open\Short\Match三个校准件，就可以求解出所涉及的所有误差项。关于OSM校准，具体细节在前面发布的文章中已有描述，此处不再赘述，可以参考上一期文章“浅析矢量网络分析仪误差模型及校准”。
以上便是要给大家分享的内容，希望对大家有所帮助~~
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本期原创工程师：Knight
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