步进衰减器让矢网成为更好的矢网

VNA有很多性能指标，包括：

频率范围：决定可测的频率范围

频率分辨率：仪器可输出的最小频率步进，限制了所有测量的精度

测量准确度：底线，与幅度和相位的测量不确定性相关

输出功率范围：测试端口处的输出功率。有的DUT对不同的输入功率，响应不一样。这些DUT被设计为在输入功率范围内或以特定输入功率运行。

功率分辨率：输出功率可调的步进；更好的功率分辨率允许更准确的输出功率设置。

输出端口的谐波失真和非谐波杂散：测试端口出现的不需要的杂散信号。低失真可以提供更准确的结果，尤其是在测量 DUT 失真或谐波时。

测量速度：每个点的测量速度；当 VNA 激励设置导致扫描时间较长时，会对总周期时间产生很大影响。

而步进衰减器的存在，则使得矢网在输出功率范围这一指标上表现优异，使得矢网成为更好的矢网。

许多现代矢网，都会在参考耦合器和测试耦合器之间，增加一个步进衰减器。

因为VNA中步进衰减器的存在，可以：

(1) 可以实现更大的功率输出范围。因为纯ALC电路可提供的输出功率范围有限，步进衰减器使得源功率可以设置成更大的范围。

(2) 衰减器减小了功率源匹配和比率源匹配之间的差异，从而改善输出端口匹配。

在一般情况下，功率源匹配(power source match)和比率源匹配(ratio source match)是两个不同的参量，而功率源匹配在常规校准的过程中，是不被表征的；比率源匹配可以在校准过程中确定。

步进衰减器把这两个值的差异减小了衰减器衰减值的2倍。降低两者的差异后，则可以根据比率源匹配计算源功率的误差，这时作为正常校准过程中的一部分执行的。

(3) 有助于在测试端口生成低噪声信号。步进衰减器放置在参考耦合器和测试耦合器之间，另一个有吸引力的好处是与信号的噪声水平有关。即使在测试端口需要小信号时，衰减器也允许参考通道中的大信号，这将有助于在测试端口生成低噪声信号。

(4) 校准状态可以在改变衰减器值的前后，基本保持有效。

步进衰减器的插损，可以很好的被补偿，但是它对匹配的影响，确是无法补偿的。

当步进衰减器具有一定的衰减值时，源匹配和负载匹配特性，主要由衰减器的匹配决定，而且这种情况下的匹配通常非常好。

因此，在测试过程中，如果不要求输出最大端口功率的话，最好使用一些步进衰减器值。

因为当衰减值值大于0dB时，原始匹配通常会更好。因此，在设置一定的衰减值的情况下，进行校准，当衰减器切换到一个不同的非零值时，对校准测量的影响较小，也就是说，改变衰减器的值，对校准状态影响不大。

但是一些老的VNA，没有对标称衰减器值的变化进行补偿，所以，不允许在校准后，更改衰减器的值。通常来说，更改步进衰减器的值，会改变相应端口上，所有的原始误差项。而在这些VNA中，误差校正通常会因为步进衰减值的变化而关闭。所以，在这些矢网中，改变衰减器的值，会破坏原先的校准状态。

VNA内部对衰减值是怎么处理的？

在大多数VNA中，标称的衰减值是已知的，参考接收机会针对衰减器值的变化有所补偿。而且，ALC电路也会起作用，所以，改变衰减器的值，只会导致测试端口输出功率值的轻微变化。标称衰减值通常在实际衰减值的0.25~0.5dB范围内。

也就是说，当改变矢网的VNA设置时，矢网内部的一系列操作，保证从端口处看到的输出功率基本保持不变。假设衰减器的衰减量从10dB增加到15dB，那么内部源的功率也会增加一定的值，比如也增加5dB。参考接收机位于步进衰减器之前，所以该接收机看到的信号也增加5dB。但是，由于希望参考接收机功率显示与端口功率相同，所以其读数也需要降低一个值，比如降低5dB。

参考资料：

https://coppermountaintech.com/what-makes-a-good-vna/

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