矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀用于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量，并且該儀器需支持校準(zhǔn)。通常測(cè)量需要一套測(cè)試裝置，包括網(wǎng)分、一套校準(zhǔn)工具，以及一條或多條測(cè)量電纜和轉(zhuǎn)接器等。校準(zhǔn)過(guò)程采用矢量誤差修正技術(shù)，利用已知標(biāo)準(zhǔn)把誤差項(xiàng)都表征出來(lái)。因此這些誤差可以通過(guò)實(shí)際測(cè)量被消除掉。消除這些誤差的過(guò)程要求這些誤差和測(cè)量的質(zhì)量能在矢量方向被校準(zhǔn)。校準(zhǔn)后，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。任何改變都可能降低測(cè)量精度。通常溫度的變化、測(cè)量電纜的彎曲和移動(dòng)、振動(dòng)與飄移等都能影響測(cè)量精度。這里將集中討論測(cè)量電纜，將闡明電纜的彎曲和移動(dòng)為什么和如何影響測(cè)量精度，以及如何定義測(cè)量電纜以評(píng)估其對(duì)精度的影響。
通過(guò)對(duì)整個(gè)測(cè)量設(shè)置的矢量誤差修正，測(cè)量電纜的傳輸和反射特性可在幅度和相位中從算法上被消除掉。測(cè)量電纜的后續(xù)運(yùn)動(dòng)會(huì)引起內(nèi)部尺寸的微小變化、絕緣材料的受壓、接觸電阻的改變和屏蔽，所有這些影響因素都會(huì)導(dǎo)致傳輸與反射特性的輕微變化。從而使矢量誤差修正不再有效，造成測(cè)量精度降低。
【矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量不確定性】
不同帶寬的微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀都會(huì)在表格或圖表中定義“測(cè)量精度”、“典型精度”或“不確定性”。這些值對(duì)某類型的網(wǎng)分和校準(zhǔn)套件的組合有效，并限于規(guī)定的條件，比如信號(hào)源功率水平和溫度范圍等。通常不包括測(cè)量電纜。
圖1顯示了高端網(wǎng)分結(jié)合一套選定校準(zhǔn)件的“傳輸不確定性”值
表1根據(jù)圖1內(nèi)容列出了從0到20dB范圍的損耗不確定值
【測(cè)量電纜詳述】
為高端網(wǎng)分而設(shè)計(jì)的測(cè)量電纜稱為測(cè)試端口電纜。它們的目的是在對(duì)接特定的測(cè)試設(shè)置時(shí)，可以頻繁移動(dòng)和彎曲，并且經(jīng)常加鎧甲保護(hù)，以防止受機(jī)械壓力的破壞。表2顯示了工作頻率高達(dá)40GHz的測(cè)量電纜的特性。除了硬性指標(biāo)外，通常會(huì)提及“典型值”，有時(shí)在頻段上也分等級(jí)。請(qǐng)注意這些指標(biāo)會(huì)隨著電纜長(zhǎng)度而改變，但對(duì)不同彎曲狀態(tài)是有效的?！安鍝p穩(wěn)定性”、“衰減穩(wěn)定性”和“幅度穩(wěn)定性”表達(dá)的是同一個(gè)意思。
對(duì)比表1中網(wǎng)分傳輸不確定性和表2中測(cè)量電纜的傳輸特性時(shí)，網(wǎng)分S21幅度不確定性對(duì)應(yīng)于測(cè)量電纜插入損耗的穩(wěn)定性（典型值或峰值），網(wǎng)分S21相位不確定性對(duì)應(yīng)于測(cè)量電纜相位穩(wěn)定性。如果測(cè)量電纜用在網(wǎng)分的兩個(gè)端口，那么必須再次考慮電纜性能。
在這個(gè)例子中，測(cè)量電纜在全頻帶對(duì)相位的影響是顯著的，在低頻部分主要對(duì)幅度有明顯的影響。對(duì)于兩根測(cè)量電纜，在中頻和高頻時(shí)的幅度被網(wǎng)分和測(cè)量電纜的影響是相似的。
在測(cè)量電纜里反射測(cè)量也會(huì)受影響。通常，反射幅度的變化與回?fù)p表現(xiàn)一樣，也需要進(jìn)行評(píng)估。我們不在這里討論網(wǎng)分不確定性和測(cè)量電纜影響之間的詳細(xì)對(duì)比。
在常規(guī)測(cè)試任務(wù)中，根據(jù)可接受的測(cè)量不確定度，我們有必要更具體地去評(píng)估單體測(cè)量電纜的影響，比如在頻率范圍和彎曲條件下如何減少整個(gè)測(cè)試的不確定性。
【電纜穩(wěn)定性測(cè)量描述】
測(cè)量電纜的基本電氣特性是插入損耗和回?fù)p。在網(wǎng)絡(luò)分析儀應(yīng)用中，由于電纜穩(wěn)定性的影響是十分重要的，下面我們將描述對(duì)網(wǎng)分測(cè)量應(yīng)用中如何定義端口測(cè)試電纜的插損、相位和回?fù)p的穩(wěn)定性。
（1）兩端口測(cè)量
正確的方法是使用機(jī)械固定的兩端口網(wǎng)分校準(zhǔn)。當(dāng)然，在彎曲和移動(dòng)方面僅容許有限的自由角度。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個(gè)測(cè)試端口裝上長(zhǎng)的非固定的測(cè)量電纜，這個(gè)測(cè)量電纜包含在網(wǎng)分校準(zhǔn)里，這時(shí)這種情況會(huì)得到緩解。這時(shí)，屬于網(wǎng)分的測(cè)量電纜會(huì)對(duì)測(cè)量有不確定性貢獻(xiàn)。
（2）單端口測(cè)量
單端口測(cè)量能克服這些問(wèn)題，并提供在彎曲和移動(dòng)上的自由度。屬于網(wǎng)分的測(cè)量電纜不再需要或可以機(jī)械固定。指南VDI/VDE/DGQ/DKD 2622第198部分描述了用測(cè)量電纜連接到校準(zhǔn)的網(wǎng)分端口的單端口測(cè)量。
羅森伯格使用了一種不同的方法。測(cè)量電纜連接到未校準(zhǔn)網(wǎng)分測(cè)試端口上，網(wǎng)分的校準(zhǔn)在電纜的自由端完成。在評(píng)估傳輸穩(wěn)定性測(cè)量的結(jié)果上這個(gè)設(shè)置是相同的，并且具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此測(cè)量的不確定度顯著減少。這種做法對(duì)于長(zhǎng)線和高頻帶寬是有益的。
（3）傳輸穩(wěn)定性
基本設(shè)置是用校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)短路器去終止測(cè)量電纜的自由端。把測(cè)量電纜放在參考位置并用網(wǎng)分“trace math”功能去標(biāo)準(zhǔn)化兩個(gè)不同蹤跡的回?fù)p和反射相位。測(cè)量電纜必須彎曲并移動(dòng)到一個(gè)不同位置?；?fù)p和反射相位必須除以2以得到損耗和相位的穩(wěn)定性。這是因?yàn)闇y(cè)量信號(hào)從網(wǎng)分發(fā)出經(jīng)過(guò)測(cè)量電纜傳輸并通過(guò)校準(zhǔn)短路器返回到網(wǎng)分。它包括兩倍電纜不穩(wěn)定傳輸。跟蹤處理和所有數(shù)據(jù)程序都可在一個(gè)外部電腦上完成。
（4）反射穩(wěn)定性
基本設(shè)置是用一個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載去終止測(cè)量電纜的自由端。把測(cè)量電纜放在參考位置并用網(wǎng)分“trace math”功能或一個(gè)外部電腦，去標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量的回?fù)p。測(cè)試過(guò)程中電纜必須彎曲并移動(dòng)到不同位置。
（5）彎曲條件
羅森伯格測(cè)量電纜是專為網(wǎng)分應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，并定義了彎曲90度和放松狀態(tài)（3次90度彎曲后的原始位置）時(shí)的指標(biāo)。這是四種不同方向的測(cè)試。90度彎曲表現(xiàn)了雙端口網(wǎng)分校準(zhǔn)和測(cè)量之間在電纜方向上的典型變化。彎曲過(guò)程如下：
1次90度彎曲測(cè)試。測(cè)量電纜彎曲成9個(gè)位置進(jìn)行測(cè)試：直、上、直、下、直、左、直、右、直。我們會(huì)評(píng)估從位置1到2、2到3、3到4依次變化的值。圖2至圖4顯示了示例結(jié)果。
3次90度放松測(cè)試。測(cè)量電纜彎曲到7個(gè)位置進(jìn)行測(cè)試：直、上、直、上、直、上和直。位置1到7都會(huì)測(cè)試并計(jì)算結(jié)果。對(duì)于向下、向左和向右的方向重復(fù)這一過(guò)程。
（6）測(cè)試舉例
經(jīng)過(guò)三年多的實(shí)驗(yàn)室使用，對(duì)測(cè)量電纜的傳輸和反射穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)估。圖2中綠色實(shí)體線和點(diǎn)劃線顯示了從直線位置彎曲到向下位置又重回到直線位置的狀態(tài)。對(duì)兩個(gè)數(shù)列來(lái)說(shuō)，除了相反方向，相位變化數(shù)量是相同的，符合預(yù)期。藍(lán)色曲線顯示向上方向的數(shù)列狀態(tài)，但是幅度只有一半。
彎曲到右邊位置對(duì)應(yīng)于測(cè)試電纜的“自然彎曲”，相位變化小。生產(chǎn)后的同軸電纜通常表現(xiàn)出“自然彎曲”。同軸測(cè)試電纜具有一個(gè)非直線形狀。當(dāng)彎曲到這個(gè)方向時(shí)，測(cè)試電纜通常會(huì)顯示更佳的穩(wěn)定性。對(duì)于大多數(shù)精密網(wǎng)分測(cè)量來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)考慮在穩(wěn)定性更佳的方向上進(jìn)行彎曲。
（7）測(cè)量點(diǎn)數(shù)
測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量經(jīng)常不包含在圖表、測(cè)試圖或其它營(yíng)銷材料中。然而，沒(méi)有正確的小測(cè)量點(diǎn)數(shù)，就無(wú)法檢測(cè)到尖峰。尖峰是沿著電纜可重復(fù)的不連續(xù)的結(jié)果。在VDI/VDE/DGQ/DKD 2622第19部分8和IEC 60966-1 8.1.2章節(jié)9中，有計(jì)算檢測(cè)尖峰的小點(diǎn)數(shù)的公式（圖5和6）。尖峰的測(cè)量描述如下：“電纜總成可能有狹窄的回?fù)p尖峰。對(duì)于連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)，掃描比應(yīng)當(dāng)足夠低。對(duì)于數(shù)字網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)，測(cè)量點(diǎn)數(shù)應(yīng)當(dāng)足夠多，以解決后面的回?fù)p尖峰?！眻D6比較了305、610、1220、2440和4880測(cè)量點(diǎn)數(shù)的測(cè)量結(jié)果。尖峰在3.7GHz到4.2GHz是可見的。使用下面公式：
波長(zhǎng)65.6mm時(shí)，εr≈1.45
半個(gè)波長(zhǎng)就是65.6mm除以2等于32.8mm。在這個(gè)例子中電纜的編織是8股12節(jié)距的。1個(gè)節(jié)距完整的轉(zhuǎn)一圈的距離是28mm。電纜的傳輸速率推導(dǎo)出電長(zhǎng)度大約是33.7mm。如圖7所示，造成尖峰的原因是一個(gè)強(qiáng)烈的卷起的電纜截面。
較小的測(cè)量點(diǎn)數(shù)是：
其中：
n=起始頻率到終止頻率的測(cè)量點(diǎn)數(shù)數(shù)量
fStart=測(cè)量范圍內(nèi)低的頻率，單位MHz
fStop=測(cè)量范圍內(nèi)高的頻率
LCable=射頻測(cè)量電纜的物理長(zhǎng)度，單位m（忽略相對(duì)介電常數(shù)）
傳輸速率的定義：
其中△f是頻率的增量峰值，kv是速率。
【電纜組件的操作及注意事項(xiàng)】
對(duì)配連接器匹配是影響性能的顯著因素。損壞的連接器會(huì)對(duì)設(shè)備造成不可逆的破壞。在測(cè)試前推薦使用量具來(lái)檢查連接器的參考面（圖8）。中心針突出是嚴(yán)重的問(wèn)題，如果它太長(zhǎng)會(huì)引起損壞，如果太短則會(huì)得到較差的電性能，必須使用正確的力矩扳手達(dá)到重復(fù)的可靠的接觸而不破壞。存儲(chǔ)環(huán)境應(yīng)遠(yuǎn)離陽(yáng)光輻射，避免溫度變化和高濕度環(huán)境。正確的存儲(chǔ)環(huán)境和保護(hù)帽的使用能延長(zhǎng)壽命。
拽扭曲和自由浮動(dòng)等小化機(jī)械壓力的重要因素。
【結(jié)論】
應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試的電纜在精度和重復(fù)性方面有顯著的提高。如反射、衰減和相位長(zhǎng)度等射頻特性都是關(guān)鍵因素。測(cè)試電纜應(yīng)在常規(guī)的狀態(tài)下測(cè)試，如果不能達(dá)到規(guī)格指標(biāo)應(yīng)及時(shí)更換。正確的保護(hù)和操作電纜才能達(dá)到高精度以及實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。
