在我們質樸的思維理解中，無源器件的插損S21無論如何都應該是負值，可為什么有人說，他測的插損居然出現了正值？無源器件居然出現了增益？這又是為什么呢？

其實常規的無源器件的插損，那肯定是負值；這里出現的正值，或者增益，其實是小插損器件的測量誤差。那本文的重點，就是介紹一下矢網的系統誤差以及誤差的來源。

1、誤差來源

所有的測量(包括矢量網絡分析儀測試系統)都包含三類測量誤差:系統誤差、隨機誤差、漂移誤差。大多數誤差來源于系統誤差，系統誤差是由測試設備和測試裝置的不完善所引起的。若這些誤差不隨時間變化，則它們可以通過校準來表征，且可以在測量過程中用數學處理方式予以消除。網絡測量中所涉及的系統誤差與信號泄漏、信號反射和頻率響應有關。即被測件的不匹配和泄漏、測試信號通道和參考信號通道的隔離、系統頻率響應造成的重復性誤差，這些誤差是可以通過校準消除的，校準后的指標反映了矢量網絡分析儀的測量精度。隨機誤差以隨機方式隨時間變化，由于其不可預測，所以不可通過校準來消除。對隨機誤差起主要影響的因素是儀器噪聲(如取樣器和中頻本底噪聲)、開關和連接器的重復性。漂移誤差包括頻漂、溫漂和測試裝置校準和測量中的其他物理變化，測量穩定性主要來源于漂移誤差，由矢量網絡分析儀的初始指標、校準標準件的性能和誤差修正模式決定。

2、系統誤差

系統誤差是由于分析儀硬件特性的不理想引起的，這種誤差是可重復的(因此可以預測)，并假 設不隨時間改變。通過校準可以確定系統誤差，測量時通過數學計算來消除這些誤差。

系統誤差并不能完全消除，由于校準過程的局限性，總有一些殘留誤差，校準后的殘留系統誤差主要來自：

·校準標準的不理想

·連接器連接

·互連電纜

·儀器本身

所有的測量都受動態精度和頻率誤差的影響，對于反射測量，有關的殘留誤差為：

·有效方向性

·有效源匹配

·有效反射跟蹤

對于傳輸測量，相關的殘留誤差為：

·串擾

·有效負載匹配

·有效傳輸跟蹤

Part.1

方向性誤差

分析儀用定向耦合器或電橋來做反射測量，理想耦合器的耦合端只有反射信號輸出到接收機進行測量。

圖1 方向性

實際上，將有少量的入射信號通過耦合器的主路泄漏到耦合端口，這會在測量時引起方向性誤差，分析儀通過如下方法確定和減小方向性誤差：

·在校準時，將負載連接到測量端口，并認為負載端口不發生反射。

·耦合端口的輸出信號就是泄漏的誤差信號。

·在反射測量時減去方向性誤差信號。

方向性誤差是反射測量中產生測量不確定度的主要因素，尤其對于反射較小的器件測量是主要的誤差來源。

Part.2

串擾誤差

理想情況下，只有通過被測件的傳輸信號到達接收機，實際上有少量的信號通過分析儀中校準測量誤差的其它路徑到達接收機，這部分信號稱為串擾信號，分析儀通過如下方法確定和減小串擾誤差：

·校準時在端口 1 和端口 2 同時連接負載。

·測量接收機中測量的信號就是分析儀內的泄漏信號。

·在傳輸測量時誤差修正去除串擾誤差。

串擾誤差取決于待測件的特性。串擾會給高損傳輸測量帶來誤差，但對大多數測量來說，串擾影響是很小的。對于測量大動態范圍的器件，通過隔離校準可以提高測量精度。

Part.3

源匹配誤差

理想情況下在反射測量時，測量接收機接收從被測件反射回的所有信號，實際上，從被測件反射回來的一部分信號又被測量端口反射回被測件，這部分信號測量接收機是測量不到的，這會引起源匹配誤差。

圖2 源匹配

在傳輸測量中，源匹配愈大，誤差愈小；而由源匹配引起的誤差，是反射測量和傳輸測量不確定因素之一。分析儀通過如下方法確定和減小源匹配誤差：

·校準時將短路器連接到測量端口，接收機測量來自短路器反射的信號，將測量值保存到分析儀里。

·將開路器連接到端口，接收機測量來自開路器反射的信號，將測量值保存到分析儀里。

·分析儀將測量值和開路器、短路器的已知值進行比較，確定源匹配誤差項。

·在進行反射和傳輸測量時通過誤差修正去除源匹配誤差。

Part.4

負載匹配誤差

理想的傳輸測量，測量接收機接收通過被測件的傳輸信號，實際上，有一部分信號被測試端口反射而無法測量，這就會引起負載匹配誤差；這是由于被測件的輸出端口和測試系統的端口2的租了不匹配導致的。如被測件插損小，則由2端口反射的信號和由源再次反射的信號會造成很大的誤差，因為反射信號經過被測件時，衰減很小。當待測件的插損＞6dB時，源匹配和負載匹配通常可以忽略了，因為誤差信號每次通過待測件時都衰減了很多。然而，在傳輸測量中，對于高反射輸出端口和小插損的元件來說，負載匹配是主要的誤差來源。

圖3 負載匹配

分析儀通過如下方法確定和減小負載匹配誤差：

·將端口 1 和端口 2 連接到一起進行零長度直通。

·當源在 1 端口時，A 接收機中的測量信號中包括端口 2 的反射信號，當源在端口 2 ，B 接收機中的測量信號包括端口 1 的反射信號，這樣就可以確定負載匹配誤差。

·在進行反射和傳輸測量時通過誤差修正去除源匹配誤差。

Part.5

反射跟蹤誤差

反射測量是通過比較 A 與 R1 或 B 與 R2 接收機中的信號進行的，這稱為比值測量。對于理想的反射測量，A 與 R1 或 B 與 R2 接收機的頻響應該是完全相同的。實際上這是不可能的，這就會引起反射跟蹤誤差，是由各種測試偏差引起的矢量和誤差，誤差的幅度和相位都會隨頻率變化，這些偏差主要由以下的原因引起：

·信號分離器件。

·測試電纜與適配器。

·參考和測試信號路徑間的差異。

分析儀通過如下方法確定和減小反射跟蹤誤差：

·校準時將短路器連接到測量端口，接收機測量來自短路器反射的信號，將測量值保存 到分析儀里。

·將開路器連接到端口，接收機測量來自開路器反射的信號，將測量值保存到分析儀里。

·分析儀將測量值和開路器、短路器的已知值進行比較，確定源匹配誤差項。

·在進行反射和傳輸測量時通過誤差修正去除反射跟蹤誤差。

Part.6

傳輸跟蹤誤差

傳輸測量是通過比較 A 與 R2 或 B 與 R1 接收機中的信號進行的，這稱為比值測量。對于理想的傳輸測量，A 與 R2 或 B 與 R1 接收機的頻響應該是完全相同的。實際上這是不可能的，這就會引起傳輸跟蹤誤差，是由各種測試偏差引起的矢量和誤差，誤差的幅度和相位都會隨頻率變化，這些偏差主要由以下的原因引起：

·信號分離器件。

·測試電纜與適配器。

·參考和測試信號路徑間的差異。

分析儀通過如下方法確定和減小傳輸跟蹤誤差：

·將端口 1 和端口 2 連接到一起進行零長度直通。

·測量 A 與 R2 或 B 與 R1 接收機中的信號。

·通過比較兩個接收機中的信號確定傳輸跟蹤誤差。

·在進行傳輸測量時通過誤差修正去除傳輸跟蹤誤差。

3、總結

如上所述，矢量網絡分析儀的系統誤差主要分為方向性、源匹配、負載匹配、串擾、傳輸跟蹤和反射跟蹤，而每種誤差又包括正向和反向兩種。

所以，對于小插損器件測量時出現的增益或者正值，這是由于測量誤差導致的；如上文所述，通過在矢網端口增加衰減器，改善端口駐波，有助于更準確的測量小插損器件的準確損耗。