浅谈单接受机测试S参数相位

今天的话题是单接受机测试S参数相位，主讲人是一位讲段子水平已经到炉火纯青地步的测试工程师。

看完全文后，小编不得不感叹一句，“段子手”讲测试，太形象了，秒懂。

一起来看下全能工程师的讲解

鲁迅先生一直说“不要轻易说相位”。

双接收机VNA结构和原理

当然矢量网络分析仪就是要测相位，传统的VNA架构一般每个端口都是有2个接收机，一个叫参考接收机Reference Receiver（也称a接收机，对应的输入信号叫a），另一个叫测量接收机Measurement Receiver（也称b接收机，对应的输入信号叫b）。

我们要测这个DUT的S11，只要测试b1/a1就可以了。如果有2个接收机，很好理解，只要同时（后面会讲，其实不同时也可以）测出b1和a1的幅度和相位（校准和补偿本文先不讨论），两者做比值就可以了。

但是这里我们要求b接收机和a接收机的本振要相参，这样测出的S参数才稳定（注意这里的源和接收机的本振并不要求相参，只要2个接收机的本振相参就可以了，而且通常接收机还是超外差接收机，接收机的本振和源的本振频率都不一样，当然不一样的频率也可以相参）。

常见误区

注意，这里常见的一个理解误区就是，a和b信号的相位时刻在变。

假设a和b接收机是一个示波器，并假设b1信号的频率是1GHz，在时域看波形，那么每秒钟，它的相位确实变化360*1E9度。

所以会有误区，要比较a和b的相位，必须在同一时刻采集a和b信号。

但是网分的a和b接收机是调谐接收机（不是示波器），是有本振LO和混频器的，所以a或b接收机测到的，实际上是接收机的LO相于对被测信号a或者b的相对相位差。

因此，你把网分打到“绝对量（absolute模式a1或者b1，有些网分也称wave quantity a1或b1）”，为了简单起见，设置成CW模式（有的网分是Span=0）， 比如扫描101个点，这个时候横轴是点数（即次数或者是不同的时间点）可以看到的a1或者b1的相位是一个常数，实际上是a或b信号和接收机本振LO的相对相位差，并不随时间变化。

如上所述，即使不是在同一时刻，用调谐接收机接收a和b信号，也是可以测试S参数的相位的。

单接收机VNA

只要解决了上面这个误区，就可以顺理成章的得出结论----单接收机也可以测试相位！如下图，可以使用开关在a和b接收机之间切换，并且传统的校准方法仍然适用。

如果这个系统的源和接收机能共用本振这样效果更好，这样即使较长时间之后，两者的相对相位关系仍然可以保持稳定不变。

例如NI-5841VST，矢量信号源和分析仪二合一仪表，采用零中频架构，信号源和分析仪可以共用一个本振，再结合定制的外部定向耦合器（port mudule）和软件，就可以支持全2端口S参数测试，当然包含相位。

引申讨论

如果源和接收机的本振是两个独立的PLL锁相环，能否测试相位呢？

假设SRC和LO是两个独立的锁相环，并且两者是传统的PLL（不是DDS或者带相位记忆的锁相环），每次起震，其初始相位φSRC和φLO是随机的，经过传输路径Δ之后，分别被接收机测量，其各自测得相位φa、φb。但是φa-φb两者一减，得到其相位差，即S11的相位的时候，源和本振的随机相位效应可以抵消，仍然可以测试相位。

独立的PLL，即便是共用参考（例如10或100MHz晶振），随着时间和温度的变化，其相位偏移比较大，远不如共本振的效果好。

当然如果采用双接收机模式，只要保证2个接收机共本振，效果也很好，所以双接收机是目前专用网分的常用架构。

结论

本文主要探讨了单接受机测试S参数相位的可行性，纠正了大家对射频调谐接收机测到的相位的理解的一个常见误区。

正如苏东坡说的，盖将自其变者而观之，则天地曾不能以一瞬；自其不变者而观之，则物与我皆无尽也。

从时域角度看，相位随时在变，从射频调谐接收机角度看，实际上测到的是被测信号和接收机本振的相位差。

编辑：jq