了解和改善网络分析仪的动态范围
应用指南
表征多种类型的微波设备时，实现尽可能高的网络分析仪动态范围极为重要，在某些情况下，这是确定测量性能的关键因素。要从网络测量系统获得最大的动态范围，了解动态范围的本质和哪些方法可用于增加动态范围非常重要。有了这些知识，设计人员可以选择合适的方法获得最佳结果，并且把对其他参数的影响降到最小，比如测量速度等。
定义动态范围
网络分析仪的动态范围本质上是系统可以测量的功率范围，具体为：
- P最大值：表示在测量过程中系统发生不可接受的误差之前可以测量的最高输入功率电平，通常由网络分析仪接收机的压缩技术指标来确定。
- P参考值：表示测试端口处、来自网络分析仪信号源的标称功率。
- P最小值：表示系统可以测量（其灵敏度）的最小输入功率电平，它取决于接收机的本底噪声。
- P最小值取决于 IF 带宽、平均值和测试配置。
动态范围的两个常用定义是：
- 接收机动态范围 = P最大值 – P最小值
- 系统动态范围 = P参考值 – P最小值
可获得的动态范围取决于测量应用，如图 1 所示。
- 系统动态范围：无需放大即可实现的动态范围，例如测量衰减器和滤波器等无源元件时。
- 接收机的动态范围：如果把接收机看作是一个系统，那么它就是这个系统的真实动态范围。要实现接收机的全动态范围，可能需要用到放大器。这可以是被测器件或者是添加到测量系统的外部放大。
本底噪声定义
接收机的本底噪声是一项重要的网络分析仪技术指标，它有助于确定接收机动态范围。不幸的是，“本底噪声”并不是一个定义明确的术语，多年以来已经有了许多种不同的定义方式。
改善动态范围
在某些测量情况下需要提高网络分析仪的动态范围，使其超过使用默认设置时获得的电平。本底噪声决定了仪器可以测量的最小功率电平，从而限制了它的动态范围。使用平均值或降低系统 IF 带宽（IF BW）可以改善本底噪声。
平滑处理法（Smoothing）是另一种常被认为类似于平均值和 IF BW 调整的技术，但它不会降低本底噪声。平滑处理法是对格式化数据的邻点进行平均，类似于视频过滤。迹线到迹线（或扫描到扫描）取平均值时，针对的是预先格式化的矢量数据，因此它实际上会降低噪声功率。这种关键差异导致平滑处理时无法降低本底噪声，尽管它确实在迹线上减少了噪声峰峰值的微小变化。
平均值
是德科技的 VNA 和许多其他网络分析仪通过对每次扫描的数据点进行指数加权平均来执行扫描到扫描平均。对数据集内的样本进行指数加权，即使在达到所需的平均因子之后，也可以在不终止的情况下进行平均。对复杂数据进行平均就意味着数据是矢量平均的。
许多信号分析仪使用标量平均，这只会减少噪声的方差，不会影响平均噪声电平。在矢量意义上进行平均时，如果包含相干信号和无关噪声的迹线，噪声分量将接近于零，所得到的迹线将显示具有较少噪声的期望信号。在网络分析仪显示器上以对数幅度格式观察时，可以清楚地看出平均噪声电平降低并且改善了动态范围。
使用大多数矢量网络分析仪中提供的平均功能，平均值每增加2 倍，信噪比改善 3 dB。这是降低本底噪声的有效方法。但是，它也会降低测量速度，因为在必须平均两条迹线时，测量时间会加倍。
平均法只能用于比例测量，不适用于使用单个接收机信道进行的测量。非比例测量不允许进行平均，因为在此模式下相位是随机的，平均法（在复杂域中执行）将始终会导致结果接近于零。
减少中频带宽
系统的中频带宽可以通过前面板或远程编程进行更改，其值将影响对分析仪接收机中收集的数据执行的数字滤波。降低中频带宽会滤除数字滤波器带宽之外的噪声，从而降低本底噪声。
请下载此“网络分析仪的动态范围”应用指南以了解更多信息。