射频传播信道测量中矢量网络分析仪的校准

摘要

本方案描述了在将矢量网络分析仪用作精确测量仪器之前，对其进行校准的最佳实践方法，旨在测量射频传播测量测试系统的各个组成部分。

摘要

射频（RF）频谱活动的原位测量有助于理解射频波传播的物理机制，并验证现有及新型频谱传播模型。随着频谱使用的持续增长，这两项参数对于支持和维护无干扰的频谱共享至关重要。此类传播测量必须准确、可重复，且无伪影和偏差。表征测量中所用组件的增益与损耗，是确保测量准确性的关键。矢量网络分析仪（VNA）是一种成熟、高精度且多功能的设备，在正确校准后可同时测量信号的幅度和相位。本文详细阐述了矢量网络分析仪校准的最佳实践。校准完成后，该仪器可用于精确测量正确配置的传播测量（或信道探测）系统中的各个组件，也可直接作为测量系统使用。

引言

电信科学研究所（ITS）是美国商务部下属机构国家电信和信息管理局（NTIA）的研究实验室。自20世纪50年代以来，ITS一直积极参与无线电传播测量工作。频谱共享作为联邦与商业频谱用户之间的新范式，要求两个不同的系统在同一时间共享相同的射频频谱。随着频谱共享场景的不断增加，对准确且可重复的无线电传播测量的需求也随之上升，以更深入地理解多个服务必须共享的无线电环境。本描述程序的目标是确保构成此类系统的各个组件均通过精确配置的矢量网络分析仪（VNA）得到充分表征。

随着对频谱需求的增加，通常难以迅速将联邦机构当前使用的频谱释放给商业用途。例如，在高级无线服务（AWS）-3 频段（1755–1780 MHz）中，军方与商业无线运营商之间正在制定频谱共享方案¹。此类方案允许商业无线运营商在军方完全退出该频段之前，提前进入 AWS-3 频段使用频谱。

国防频谱组织（DSO）负责管理AWS-3频段的过渡工作。此次过渡的关键环节之一是开发新的传播模型，以评估在共享该频段的军用与商用无线系统之间产生射频干扰的潜在风险。DSO已委托美国国家标准与技术研究院下属的通信技术实验室（ITS）及其他机构开展一系列信道探测测量，以建立能够更准确计算环境中植被和人造结构（统称为杂波）影响的新模型。通过考虑杂波因素的改进传播模型，将减少对军用系统附近商用发射机的使用限制。

射频频谱活动的原位测量有助于理解射频波传播的物理机制，并验证现有及新型的无线电传播模型。这两个方面对于支持和维护无干扰的频谱共享至关重要。信道探测技术通过从特定位置向移动或固定接收机发射已知的测试信号，获取不同环境下无线电信道特性的估计数据。这些数据用于建立和改进模型，以更准确地预测信号的传播损耗或衰减。此类损耗可能由建筑物及其他障碍物（如城市峡谷中的树木或地形）对信号的遮挡和反射引起。这些障碍物会产生多个略有差异的传播路径，导致发射天线与接收天线之间的信号损失或衰减。

ITS 测量技术可产生准确、可重复且无偏倚的结果。DSO 鼓励 ITS 与更广泛的技术界分享其机构知识，这些知识包括如何最优地测量和处理射频传播数据。最近发布的 NTIA 技术备忘录 TM-19-535^2,3,4,5 描述了一套用于无线电传播测量系统准备与验证的最佳实践方法。作为这些最佳实践的一部分，使用矢量网络分析仪（VNA）精确测量测量系统中各组件的损耗或增益，然后利用这些增益和损耗值计算两个天线之间的信号衰减。

本文所述方案介绍了在实验室或现场应用中测试前校准矢量网络分析仪（VNA）⁵ 的最佳实践。这些步骤包括预热时间、射频连接器类型的选取、正确连接方式以及执行适当的校准步骤。校准应在受控的实验室环境中进行，且须在特定传播测量场景的数据采集之前完成。某些附加因素可能与特定的传播测量环境相关，但不在本方案的涵盖范围内。

矢量网络分析仪（VNA）在组装其他测量系统时，用于测量元器件和子组件的器件特性。功率放大器、接收机、滤波器、低噪声放大器、混频器、电缆和天线等元器件均可通过矢量网络分析仪进行表征。在测试和/或校准系统之前，需先列出系统所需的所有元器件清单，并完成所有系统组件的装配。通过将每个组件插入矢量网络分析仪的电缆之间，可分别对各个组件进行测量，以确保所有组件均在制造商规定的规格范围内正常工作。在完成各组件的检测后，再组装整个系统，并测量整个系统的损耗情况，从而确保组件之间的反射和传输特性得到准确表征。

矢量网络分析仪（VNA）用于测量散射参数（S参数），这些参数是具有幅值和相位的复数。S参数是以下两种比值的测量结果之一：1）反射信号与入射信号之比（反射测量），或 2）透射信号与入射信号之比（传输测量）。对于一个双端口器件，可以测量四个S参数（S₁₁、S₂₁、S₁₂ 和 S₂₂）。第一个下标表示信号接收端口，第二个下标表示信号发射端口。因此，S₁₁ 表示发射信号来自端口1，并在端口1被接收。而 S₂₁ 表示发射信号仍来自端口1，但被端口2接收。S₁₁ 测量的是被测器件（DUT）在端口1处反射的信号量，相对于在端口1入射的原始信号。S₂₁ 测量的是通过被测器件传输并到达端口2的信号量，相对于在端口1的入射信号。S₁₁ 是被测器件在端口1处反射系数的度量，S₂₁ 是被测器件从端口1到端口2传输系数的度量。

为了消除从矢量网络分析仪（VNA）到测量参考平面（通常位于VNA测量电缆末端）之间各组件引入的系统误差，必须对VNA进行校准。校准过程通过测量已知的“理想”标准件（如开路、短路、负载、直通/传输线），并将这些标准件的实际值与VNA测得的值进行比较，从而识别系统误差。经过一系列误差修正后，即可获得被测器件（DUT）的校正后测量值。目前在校准过程中会表征12个误差项^6,7。欲了解更多信息，可参考基于经典微波电路理论^9,10支持的六端口网络分析仪上进行的原始S参数测量方法⁸。

最常见的S参数反射测量类型包括回波损耗、驻波比（SWR）、反射系数和阻抗匹配。最常见的S参数传输测量类型包括插入损耗、传输系数、增益/损耗、群延迟、相位或相位延迟以及电延迟。本方案中重点强调传输损耗的测量。

使用矢量网络分析仪（VNA）测量系统组件的增益和损耗是广为人知的技术。然而，一些重要步骤常常被忽略，例如清洁连接器和使用合适的扭矩扳手。本实验方案提供了所有必要的操作步骤，并解释了其中某些步骤尤为重要的原因。本文还将作为后续文章的前导，后续文章将详细介绍如何进行射频（RF）传播测量，包括信号衰减的计算方法。

方案

1. VNA 设置

1. 收集传播测量系统的所有组件，包括电缆、放大器、滤波器、被测器件（DUT，可以是子组件）及其他组件。
2. 打开矢量网络分析仪（VNA）（图1），并预热至少0.5小时，以确保VNA内部所有组件达到稳定的运行温度，并将相位漂移最小化。
3. 按下 预设（Preset） 按钮。
4. 将高质量、相位稳定的电缆连接至VNA的1号和2号端口（图2）。
5. 使用8 in.lbf扭矩扳手拧紧VNA端口上的连接器。正确施加扭矩时，应握住扳手末端，轻轻推动手柄，避免手柄完全翻转。
6. 目视检查所有电缆和连接器是否存在明显磨损迹象，例如划痕、凹痕以及连接器螺纹不完整等。
7. 查阅所有电缆、连接器和被测器件（DUT）的制造商技术规格，确认其有效测量范围。这些规格可能包括温度、湿度、频率和功率等参数。
8. 清洁所有设备及电缆端部的连接器。使用专为清洁敏感电子元件和连接器设计的棉签。使用带有污垢连接器的电缆可能导致电缆导电表面损坏，并产生不准确的测量结果。
   1. 将棉签浸入异丙醇中。
   2. 用湿润的棉签轻轻清洁中心导体（图3A）。切勿对中心导体施加过大压力，因其容易受损。
   3. 清洁每个连接器的外导体（图3B），并清洁耦合螺母的螺纹。
   4. 使用洁净的压缩空气干燥所有电缆和连接器端部（图3C）。若压缩空气导致连接器冷却，请在连接和拧紧前让其恢复至室温（RT）。
9. 对齐并将VNA的1号和2号端口电缆与被测器件（DUT）连接。对于N型连接，请使用12 in.lb扭矩扳手进行紧固（图4）。确保电缆端部正确对齐。
   1. 开始将DUT侧的连接器旋入VNA电缆的螺纹。正确的连接应使螺母能够自由旋转且阻力很小。若存在阻力，则表明出现螺纹错位。不对齐可能损坏连接器或引起信号反射和信号损耗。切勿过度拧紧连接器，以免造成损坏。
   2. 布置VNA的电缆，使其在校准过程中移动最小。校准所用电缆应为相位稳定型，理想情况下在校准期间不应弯曲或移动。
10. 根据被测器件（DUT）的技术规格调整VNA的测量参数。频率范围也可通过中心频率和称为“跨度”（span）的频率范围进行选择。
    1. 选择频率范围。选择 激励菜单 | 频率 | 起始频率：1700 MHz；选择 激励菜单 | 频率 | 终止频率：1900 MHz。
    2. 选择测量类型（例如S11、S12、S21、S22）。选择 响应菜单 | 测量 | S21。
    3. 选择并调整端口功率。选择 激励菜单 | 功率 | 调整端口功率： 0 dBm。确保输出功率等于或低于被测器件（DUT）的最大功率规格。
    4. 选择并调整扫描设置。选择 激励菜单 | 扫描 | 扫描类型：步进式。选择 激励菜单 | 扫描 | 时间 | 扫描时间：1秒；然后选择 激励菜单 | 扫描 | 扫描设置 | 停留时间：0 μsec。
       注：步进式扫描是最精确的扫描类型，因为它会逐个跳转至每个频率并在测量前在该频率上停留。如果使用较长电缆，可能需要增加停留时间，以确保信号在测量后能到达接收器。0 μs停留时间为最优默认设置。
    5. 通过选择 响应菜单 | 平均 | 平均：IFBW：1 kHz，来选择并调整平均模式。
       注：选择合适的平均类型：“点平均”会在指定次数（如2、4、16、32等）内对每个频率点进行平均，从而降低噪声基底和不确定性，但会增加扫描时间。IFBW使用滤波器测量窄带宽内的功率，同样可降低噪声基底但所需测量时间更短。IFBW平均通常是一种更优的平均技术。
    6. 通过选择 响应菜单 | 格式 | 对数幅度（LogMag），选择显示的数据格式（例如对数幅度［默认设置］、史密斯圆图、驻波比［SWR］等）。
    7. 使用 激励菜单 | 扫描 | 数据点数：1601，选择显示轨迹中的数据点数量。
       注：设置数据点数的目的是在起始频率和终止频率之间实现最大频率覆盖：

在上述示例中，步长或频率间隔为 0.125 MHz，因此 frequency(1) = 1700.000 MHz，frequency(2) = 1700.125 MHz，… frequency(1600) = 1899.875 MHz，frequency(1601) = 1900 MHz。

2. 矢量网络分析仪的校准

1. 选择手动或电子校准，如果电子校准模块可用且需要（参见第2.11节）。两种校准方式均准确。
2. 通过选择 响应 | 校准菜单 | 开始校准 | 校准向导 | 无引导 来选择 手动校准。
   1. 选择适当的校准套件，以确保该特定校准套件中标准件的准确值已知（图5）。此处选择85054D，然后选择双端口短路-开路-负载-直通（SOLT）校准（适用于具有两个端口的被测器件）。其他可用的校准方式包括单端口校准（用于单端口器件）以及响应校准。SOLT是最准确的选项¹¹。
   2. 选择 下一步 进入下一个屏幕。
3. 将一个开路校准标准件（图6）连接到端口1的电缆上。开路校准标准件在连接器后方具有一个开放腔体，用于模拟377 Ω的自由空间阻抗。
4. 将一个短路校准标准件连接到端口2的电缆上。短路标准件在连接器后方有一块金属板，使入射电压完全反射。
   1. 选择 端口1 | 开路 | Type N (50) 阴性开路，以测量所连接的开路标准件。在VNA屏幕上将出现一条轨迹，在S₁₁对数幅度显示格式下，该轨迹从0 dB参考电平缓慢下降。测量完成后（标准件上方会出现对勾标记），按下 确定 按钮继续。这将返回上一屏幕。
   2. 选择与被测器件（DUT）连接器性别相同的校准标准件（即，阳性校准标准件具有中心针，阴性校准标准件具有可插入的端口）。较老的VNA要求根据VNA电缆的连接器性别选择校准标准件。
   3. 选择 端口2 | 短路 | Type N (50) 阴性短路，以测量所连接的短路标准件。在VNA屏幕上将出现一条轨迹，在S₁₁对数幅度显示格式下，该轨迹从0 dB参考电平缓慢下降。测量完成后（标准件上方会出现对勾标记），按下 确定 按钮继续。这将返回上一屏幕。
5. 在两个端口之间交换校准标准件（即将开路校准标准件连接到端口2，短路校准标准件连接到端口1）。
   1. 选择 端口1 | 短路 | Type N (50) 阴性短路，以测量端口1上的短路标准件。在VNA屏幕上将出现一条轨迹，在S₁₁对数幅度显示格式下，该轨迹从0 dB参考电平缓慢下降。测量完成后（标准件上方会出现对勾标记），按下 确定 按钮继续。这将返回上一屏幕。
   2. 选择 端口2 | 开路 | Type N (50) 阴性开路，以测量端口2上的开路标准件。在VNA屏幕上将出现一条轨迹，在S₁₁对数幅度显示格式下，该轨迹从0 dB参考电平缓慢下降。测量完成后（标准件上方会出现对勾标记），按下 确定 按钮继续。这将返回上一屏幕。
6. 从端口1上移除短路标准件，并在端口1上连接一个宽带负载。负载吸收入射能量，从而在较宽频率范围内产生较小的反射。
   1. 选择 端口1 | 负载 | Type N (50) 宽带负载，以测量端口1上的负载。测量完成后（标准件上方会出现对勾标记），按下 确定 按钮继续。这将返回上一屏幕。
   2. 保持端口2上当前的校准标准件。不要让端口处于开路状态，以免引入泄漏信号。在VNA屏幕上将出现一条轨迹并在屏幕上变化。对于良好的负载，在S₁₁对数幅度显示格式下的所有测量值均应小于-20 dB。
7. 从端口2上移除开路标准件，将端口1上的宽带负载取下并连接到端口2。将原端口2的开路标准件连接到端口1，以防止泄漏信号。
   1. 选择 端口2 | 负载 | Type N (50) 宽带负载，以测量端口2上的负载。在VNA屏幕上将出现一条轨迹并在屏幕上变化。对于良好的负载，在S₁₁对数幅度显示格式下的所有测量值均应小于-20 dB。测量完成后（标准件上方会出现对勾标记），按下 确定 按钮继续。这将返回上一屏幕。
8. 在连接至端口1和端口2的电缆之间插入一个直通校准标准件。这通常是一个两端具有相同性别连接器的转接头。
   1. 选择 直通 以测量直通校准标准件。测量完成后，此屏幕上直通标准件上方将出现对勾标记。
      注意：隔离度测量在校准过程中通常可以省略，因为隔离度测量的是电缆之间的串扰，其数值通常远小于其他标准件。上述校准测量步骤可按任意顺序进行。
9. 当所有标准件上方均出现对勾标记后，保存校准结果。选择 下一步 | 保存为用户校准集。输入校准名称并按下 保存 按钮。
10. 按照第3节中的说明检查校准结果。
11. 如果未选择手动校准，则选择电子校准选项¹²。将电子校准套件（图7）连接到端口1和端口2之间的电缆上。选择 响应 | 校准菜单 | 开始校准 | 校准向导 | 电子校准，并启用电子校准选项。
    1. 选择 双端口ECal | 下一步，然后点击 测量 按钮。电子校准模块将自动测量多个不同的标准件，并在最后提示用户保存校准结果。
    2. 选择 下一步 | 保存为用户校准集。输入校准名称并按下 保存 按钮。
       注意：对于电子校准，仅需将端口1和端口2的电缆连接至模块。所有校准标准件均内置于模块中。电子校准将自动校准内部标准件。如果电子校准模块的连接器类型与电缆不匹配，则需要额外完成一次校准，以修正模块内包含的适配器带来的校准误差。请务必咨询制造商以获取指导。

3. 检查校准

1. 使用通规检查校准。
   1. 连接一个直通转接头（图6) 端口1与端口2之间的线缆无明显磨损迹象。不要测量直通标准件，选择另一个直通标准件。
   2. 选择 响应 | 测量 | S21，然后 反应 | 比例尺 | 比例尺 设置 按部门 将数值通过按向下箭头按钮调整为 0.1。选择 刺激菜单 | 触发 | 单次 测量直通路径的插入损耗。在整个频率范围内将显示一次扫描结果。
      注意：对数幅度图中直通（thru）的值在0.05 dB范围内接近0 dB参考值（图8)以进行充分校准。该值是通过多年校准实践获得的经验值。通过将刻度调整为每格0.05 dB，可观察到此现象。
   3. 检查完通路后，通过选择将量程恢复至 10 dB/格 反应 | 比例尺 | 比例尺 并设置 按部门 值设为10。选择 响应 | 测量 | S11
   4. 选择 刺激菜单 | 触发 | 单次 测量 S₁₁良好的通孔价值如下：|S₁₁| = -20 dB（功率反射率为1%，电压反射率为10%）。
      注意：史密斯圆图¹³ 图示显示阻抗。S的测量₁₁ 和 S₂₂ 在图表中心显示为一个小圆圈。阻抗值在50 Ω参考值的±0.5 Ω范围内，表示校准充分。
2. 使用50 Ω负载检查校准。
   1. 将一个50 Ω匹配负载连接到端口1。
   2. 选择 刺激菜单 | 触发 | 单次 测量 S₁₁.
      注意：匹配负载应小于 -20 dB（理想负载的反射系数为 0）。在史密斯圆图上，这将显示为位于中心的一个小圆圈。图9).
3. 使用开放式校准标准来检查校准情况。
   1. 连接一个开路校准标准件。
   2. 选择 刺激菜单 | 触发 | 单次 测量 S₁₁. 在对数幅度图上，开路为 0 dB（理想开路的反射系数为 1）。在史密斯圆图上，开路表现为最右侧 0 点处的一个小圆圈图9) 以进行充分校准。
4. 使用短校准标准品检查校准情况。
   1. 连接一个短的校准标准件。
   2. 选择刺激菜单 | 触发 | 单次 测量 S₁₁短路在对数幅度图上为0 dB（理想短路的反射系数为-1）。在史密斯圆图上，该值显示为最左侧的一个圆图9) 以进行充分校准。
      注意：如果校准测试失败，请检查连接并重复校准。如果校准合格，则继续进行第4节。

4. 组分或系统损耗的测量

1. 将待测器件（DUT）连接至矢量网络分析仪（VNA）。如果待测器件具有两个以上的端口（例如开关、功分器等），请将未连接至VNA的端口接上50 Ω匹配负载，因为功率会从这些端口反射，从而影响测量结果。
2. 选择 响应 | 测量 | S21。
3. 选择 激励菜单 | 触发 | 单次，以测量待测器件。
4. 选择 文件 | 另存数据为…。在文件名输入框中键入文件名。选择文件类型为 .CSV 或迹线 (*.s2p)。选择 范围（此处使用默认值 显示的迹线 即可）。选择 格式（例如对数幅度和相位角、线性幅度和相位、实部和虚部，或显示格式如史密斯圆图）。按下 保存 以保存数据。
5. 检查并分析带通滤波器的测试结果。以下步骤提供一个示例。
   1. 通过在迹线上放置标记来识别迹线的各个部分。选择 标记/分析 | 标记 | 标记1，然后按 确定。
   2. 选择 标记/分析 | 标记搜索 | 最大值，以确定滤波器迹线的插入损耗。也可使用前面板上的旋钮，在频率点之间移动标记时识别极大值和极小值。
   3. 选择 标记/分析 | 标记 < 标记1，然后选择 差值标记 和 耦合标记。屏幕上该标记的读数应为0 dB。这将为其他标记设定参考值。
   4. 选择 标记/分析 | 标记… | 标记2 | 开启 | 耦合标记。点击激励框内以高亮频率，然后旋转旋钮，直到屏幕上标记2的读数显示为-3 dB。
   5. 选择 标记/分析 | 标记… | 标记3 | 开启 | 耦合标记。点击激励框内以高亮频率，然后旋转旋钮，直到屏幕上标记3的读数显示为-3 dB。
   6. 将测得的数值与制造商提供的滤波器规格进行比较。

结果

在验证某个组件是否正常工作时，重要的是查阅制造商在其各自网站上提供的技术规格。此处，在查阅滤波器的技术规格后对其进行了测量（图10）¹⁴。如图11所示，确定了插入损耗以及3 dB点。校准后的实测插入损耗（由标记1所示）为0.83 dB。负号表示该值为损耗。参考标准中规定的插入损耗为0.8 dB（经调整，dBa）。该滤波器实测的3 dB带宽从1749 MHz变化至1854 MHz。两者相减得到105 MHz，接近典型值104.5 MHz。

根据制造商的技术规格¹⁵，有能够承受50 W输入功率的10 dB衰减器。该衰减器的衰减量技术指标为10 dB ± 0.5 dB。在某一时刻，输入功率超过50 W，导致衰减器损坏。使用经过校准的矢量网络分析仪（VNA）对该器件的质量进行了检测。同样，为确保质量，在所有现场测量之前测量每个器件至关重要。被测器件（DUT）的测量结果如图12所示。相比之下，一个完好的10 dB衰减器的测量结果如图13所示。需要注意的是，在1750 MHz处测得的值为9.88 dB，在整个1700–1900 MHz带宽范围内，其值均处于-9.5至-10.5 dB的标称范围之内。

最后，电缆损耗是射频测量中另一个常见的关键测量项目。被测电缆的规格参数可在数据手册第5页找到¹⁶。在1 GHz频率下，每英尺的衰减（dB/ft）为0.05 dB，即0.16 dB/m。根据制造商提供的信息，一根长度为36英尺（11米）的被测电缆，其标称损耗约为1.8 dB。实测损耗如图14所示。在1750 MHz频率下，实测损耗为-1.88 dB（四舍五入至最接近的十分之一分贝后，其绝对值为1.9 dB）。

图1：开启矢量网络分析仪（VNA）。 红色圆圈标示了矢量网络分析仪电源按钮的位置。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 2：连接至两个矢量网络分析仪端口的高质量、相位稳定电缆。 使用扭矩为 8 in·lbf 的扭矩扳手将电缆连接至矢量网络分析仪的前面板。 请点击此处查看此图的放大版本。

图3：清洁连接器。（A）清洁内导体，（B）清洁外导体和螺纹，以及（C）使用压缩空气轻轻吹干连接器。请点击此处查看此图的放大版本。

图 4：用于 N 型连接器的 12 in·lbf 扭矩扳手。 该扳手用于拧紧矢量网络分析仪（VNA）电缆与被测器件（DUT）之间的连接。 请点击此处查看此图的放大版本。

图5：N型校准套件。图中所示为一个校准套件，包含用于校准矢量网络分析仪（VNA）误差的开路、短路、负载和直通标准件。请点击此处查看该图的放大版本。

图6：N型校准标准件。 校准过程中所用公头和母头校准标准件的照片。请点击此处查看该图的放大版本。

图7：电子校准模块。电子校准模块的照片。请点击此处查看该图的放大版本。

图8：校准后在对数幅度图上以GHz为单位的频率函数表示的直通校准检查结果。在1.8 GHz频率下，直通值为0.01 dB。该图显示了校准后直通值随频率（GHz）的变化情况。直通用于校准验证，以确保校准的有效性。请点击此处查看此图的放大版本。

图9：史密斯圆图说明。左侧图示显示了标准阻抗的实部和虚部阻抗值位置，右侧图示显示了阻抗幅值¹⁷。该史密斯圆图同时在左侧展示了实部和虚部阻抗，在右侧展示了阻抗幅值。请点击此处查看此图的放大版本。

图10：在端口1和端口2之间插入的射频滤波器。 在矢量网络分析仪（VNA）电缆末端的端口1和端口2之间插入射频滤波器的实物照片。 请点击此处查看该图的放大版本。

图11：根据提供的规格测量的射频滤波器插入损耗和3 dB点 图9. 这是测量所示射频滤波器时网络分析仪（VNA）的截图 图10. 请点击此处以查看此图的放大版本。

图12：10 dB衰减器测量结果不符合其技术规格。在1.7 GHz时测得值为-22.70 dB，其技术规格为10 dB ± 0.5 dB。图中还显示了一个已超出其技术规格的10 dB衰减器的测量结果。请点击此处查看该图的放大版本。

图13：符合规格的10 dB衰减器的测量结果。实测值为-9.88 dB。图中还显示了一个符合其规格的10 dB衰减器的测量结果。请点击此处查看该图的放大版本。

图14：长度为36英尺（11米）的同轴电缆的测量结果，其标称衰减值为0.05 dB/ft。 预期电缆全长的损耗约为1.8 dB，在1.87 GHz处测得的值为-1.9 dB，与预期值一致。图中还显示了另一根电缆的测量结果，表明测得的损耗在制造商规定的规格范围内。 请点击此处查看该图的放大版本。

讨论

在进行校准之前，必须让矢量网络分析仪（VNA）在室温下预热至少0.5小时（尽管1小时更佳），以确保所有内部组件达到室温，从而获得更稳定的校准结果。一次校准可在数天内保持较高的准确性而无明显损失；然而，应每天使用校准标准件检查校准状态，以确保测量的完整性。对所有系统组件进行检查至关重要，以防止劣质连接器损害VNA的测量精度。建议将低损耗电缆与VNA配合使用。在测量任何系统组件或被测器件（DUT）之前，必须首先验证校准的完整性。任何超出本说明书中规定指标的测量结果均应重复测量，或可能需要重新校准。最后，使用制造商提供的技术规格来核对被测器件的测量值，是验证过程中的必要步骤。

使用矢量网络分析仪（VNA）作为测量仪器存在一定的局限性。如果被测器件（DUT）或系统的损耗过大，导致测得的S参数低于VNA的噪声底限，则无法使用VNA进行测量。可以通过减小中频带宽（IF bandwidth）和增加扫描时间来降低噪声底限，但这会减慢测量采集速度，因此在调整这些参数时需要权衡利弊。VNA无法承受高于30 dBm的输入功率，因此在测量放大器时必须使用内部或外部衰减。VNA的信号源和接收机位于同一台仪器内，因此曾被用作无线电传播测量系统。由于信号源和接收机均集成在VNA中，发射端口必须以某种方式与接收端口连接。通常使用电缆实现这种连接，但电缆会引入损耗，从而降低可测动态范围。此外，这种连接方式也限制了可实现的分离距离。

测量损耗的另一种方法是使用信号发生器和功率计。功率计是一种标量测量设备，因此只能测量信号的幅度，无法监测信号的相位，从而导致对信号的测量精度较低。矢量网络分析仪（VNA）则可测量相对于已知输入信号的被测信号的幅度和相位（包括实部和虚部），属于更高精度的测量方式。

矢量网络分析仪（VNA）是多种测量类型的多功能选择。该仪器可通过发射端和接收端的天线来测量辐射的无线电信号¹⁸。时域分析可用于监测随时间变化的信号，并确定电缆中发生断裂的位置。VNA 在一次扫描过程中可测量多个频率，从而可用于了解在传导¹⁹或辐射环境²⁰中多个频率下的衰减损耗情况。充分理解 VNA 的各项参数设置，有助于对被测器件（DUT）或系统进行准确表征，从而以高度可信的方式获取被测器件或系统的测量结果。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
12 英寸磅扭矩扳手	Maury Microwave		TW-12
8 英寸磅扭矩扳手	Keysight Technologies		8710-1764
衰减器	Mini-Circuits		BW-N10W50+
电缆 1	Micro-Coax		UFB311A – 36 英尺
校准标准套件 (1)（手动）	Keysight Technologies		Economy Type-N 校准套件，85054 D
校准标准套件 (2)（电子校准）	Agilent Technologies		电子校准套件，N4693-60001，10 MHz 至 50 GHz
清洁棉签	Chemtronics		Flextips Mini
压缩空气	Techspray		需超滤
滤波器 1	K&L Microwave, Inc.		8FV50-1802-T95-O/O
异丙醇	任意品牌
矢量网络分析仪（VNA）	Keysight Technologies		研究人员可选择的型号众多 – 请查阅官方网站