VNA的source match

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"技术，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。

参考文献：

Joel P. Dunsmore HANDBOOK OF MICROWAVE COMPONENT MEASUREMENTS  WITH ADVANCED VNA TECHNIQUES