安捷伦科技在2002年欧洲微波论譠发表了测试转​​频器的校正新方法，不但提高测试转频器信号强度参数的精确度，更进一步解决转频器绝对相位与群延迟的测试限制。这些技术已被应用在安捷伦高性能向量网路分析仪中，搭配内建测试软体，简化了复杂的转频器测试。由安捷伦的新转频器高精度校正测试方法，应用于转频元件的向量校正，可以将量测转频元件的测试环境提升精确度至另一境界，有别于传统所执行的信号强度校正法及相对相位比较法，在此将作一些实例量测，并与传统方法做一比较。

在传统的网路分析仪双端口元件测试系统，所使用的校正系统误差模型为12个误差项，其中6个为顺向（forward direction），6个为逆向（reverse direction）。为了修正这12个误差项，所有的误差信号源必须被知道。所用的方法是执行一系列的标准件量测，例如以高品质的open、short、load及thru来做校正，所测得的资料与该标准件的响应做比对运算，便可得12的误差项的偏差。

然而在使用向量网路分析仪测试转频元件时，仅有五项系统误差，这五个误差源分别为：反射追踪（reflection tracking）、传输追踪（transmission tracking）、指向性（directirity）、信号源匹配（so​​urce mismatch）及负载匹配（load mismatch）。原在线性测试时的串音（cross-talk）误差项，在测试转频元件时因RF频率与IF频率不同，故此项并不存在。

反射追踪与传输追踪是因向量网路分析仪内部四个接收机的频率响应并不完全相同，以及信号行走路径的衰减量不一致，所造成的误差项。

指向性误差是仪器的激发信号因向量网路分析仪内部耦合器的信号泄漏至反射接收机，此误差项会影响反射量测的精确度。

信号源匹配及负载匹配误差项是待测物与网路分析仪两个端口间的阻抗不匹配，转频元件的输入与输出端口通常都是匹配不良的，如果测试仪器的输入阻抗也匹配不良，那么一些反射信号会被再反射进测试路径，此一再反射信号会造成反射与传输量测的强度与相位的不确定度。

在执行量测时，上述所得五个误差项与测得的资料做运算，便可计算出待测元件的实际四个S参数。每一个S参数都包含有强度和相位。

S参数的定义是元件的响应与激发信号的比值，相位是输入与输出信号的相角差。而转频元件因输入信号与输出信号的频率不相同，故无法再使用传统的双端口元件误差模型。

传统网路分析仪内部的功能方块图，如(图一)所示，为了使激发信号与响应信号维持精准的锁相，激发信号会由锁住R1接收机的频率并与参考源做比对来维持与LO1的追踪。接收机中的滤波器会将与激发信号同频的响应频率做接收，所以如果是测试非线性元件特性，而接收机并没有被调整至别的频率，那么便无法测试转频元件。

若要使接收机的接收频率不随着激发信号频率来追踪，则必须使用不同的锁相系统。一个独立的LO被加在激发源中来与接收机用的LO1做分离，如此接收机便可被设定与激发频率不同，因此此时网路分析仪会被称为在「转频模式」下工作。 S参数便无法再被用来表达此一转频条件，用「C」表达此模式下，元件所产生的「转换增益」或「转换损失」，如(图二)所示。

误差模型

线性系统的误差模型必须被换成可以表达转频元件的误差模型，亦即输入的误差项与输出的误差频率不同。可以很简单的将该模型思考成两个部份，一为RF的输入端，另一为IF的输出端，将原先线性系统中五个误差项简化为三个误差项，如(图四)中的公式所示。

(1)ETF：转频传输追踪误差是RF端信信号源传输项与IF端的接收传输追踪。

(2)ERF：反射追踪是信号传输追踪与信号源反射追踪的合成。

(3)C21a：在转换量测时，误差项为S21a-RF及S21a-IF。

其中的ETF无法用传统的校正方法测得，因此发展两种不同的方法来计算此误差项。

新校正测试法

两种新校正法测试架构

方法一:纯量混波器校正法(MAC)

当测试转频元件时，因无法执行双端口校正，所以传统上会使用信号源功率校正及接收机功率校正来做简单的修正。

信号源功率校正的目的是修正输入RF频率范围的功率平坦度及线性度；接收机功率校正的目的是修正IF频率范围的功率平坦度及线性度，此法是在分析仪与功率感应器的阻抗匹配情况下执行的，换言之，必须待测物与功率感应器阻抗在相同匹配情况下才有最佳的精碓度。此法中，校正完后，在执行待测混波器量测时，并没有再进行误差修正，以致于如果待测物与功率感应器阻抗匹配有任何偏差，就会直接造成量测结果的不确定度。

新的纯量混波器校正法也是使用类似的作法，会分别修正信号源在输入频段的位准及接收机在输出频段的位准。因仍有一些不匹配会发生在功率感应器及高频测试线间，造成小小的能量反射回网路分析仪的输入端口因而使功率表所测得的能量比实际小。但如果将此一微小反射信号由网路分析仪来测得，便可据此来修正不匹配误差，这样便可完全修正传统校正上无法完成的误差向修正，可以得到更精确的量测结果。

此外，更重要的是纯量混波器校正法可以在执行待测混波器量测时，进行误差项修正。此法在量测同时，对待测混波器及网路分析仪之间的输入与输出阻抗不匹配进行补偿。若没有执行此法，这些不匹配所造成的反射误差信号会互相作用，可能是相加或相减作用，这是传统校正法无法修正的。

纯量混波器校正法分成四个步骤来完成：

完成上述校正步骤后，网路分析仪便已将不匹配误差移除，并有高精度的信号源激发及接收位准，准备测试待测混波器。测试架构非常简单，但有几件事情必须注意：

测试实例：为使用传统功率表校正法及纯量混波器校正法的测试结果比较，可以明显的看出新方法改善测试系统的不匹配误差。

向量混波器校正法──传统的测试转频元件转换相位及群延迟

传统上欲测试转频元件的转换相位及群延迟这样的传输特性，会使用几种方法：

AM技术

一个转频元件的群延迟可以理解为封包延迟（envelop dealay），利用一AM调变信号激发入待测转频元件，量测其输出封包的相位移，在与调变信号频率做微分运算，便可算出群延迟。这个方法有几个假设的限制：

等效混波器升降频技术

如(图十)，此二混波器必须是互逆的（reciprocal），此二混波器的转换损失是相等的。激RF频信号进入该成对的混波器后会以原RF信号输出，因此使用一般网路分析仪的架构便可进行强度及相位的测试。这个方法有几个假设的限制：

三混波器技术

最近有一新方法号称可以把成对的混波器不匹配误差移除，此法与上一方法有相同的限制，除此之外，需要架构三次的量测，另外再加两个限制：至少有一个混波器本身是互逆的，以及混波器产生的影频信号必须完全被滤除。

新的向量混波器校正法

由安捷伦科技发展的新方法可以大部分消除前几个方法的限制及误差源，此法称为「向量混波器校正法」，执行时分为两大步骤：首先将一混波器加滤波器组合的特性测出，此一组合称为「校正滤波器组」，再以此组合来校正网路分析仪。

「向量混波器校正法」只有两个限制：需要滤波器来滤除高阶乘积信号；该校正混波器必须是互逆的。此二限制与之前方法的限制并无太大不同，但却可以将滤波器的效应移除、减少连接测试的操作次数以及不限制转频器是否已内建LO。此法的一个重要关键点在于校正混波器的反射量测以及分析所有可能的反射信号。以降频器做为例子，所以输入信号为RF，输出信号为IF，IF＋为RF-LO，IF-为RF-LO，IF-为目标取出信号。将校正混波器组接上网路分析仪的port 1，执行反射校正时，以不同的负载装置在输出端时，会有哪些可能的信号？

IF信号不会被负载端所影响,IF+被滤波器反射后,经过混波器与LO作用,返回输入端时变成RF信号,如此发生两次的转换损失后贡献在RF信号内。

IF-讯号经过滤波器后,遇到负载形成反射,经滤波器进入混波器又与LO作用,返回输入端时变成RF信号,如此也发生两次的转换损失后贡献在RF信号内。

这些信号总向量和就是网路分析仪所测得的S11反射系数，其中IF-所贡献的反射信号会因不同的负载而有所不同。

校正步骤

以下是向量混波器校正法详细的校正步骤及说明。包含一组校正混波器组及一个参考混波器，校正混波器的条件是涵盖待测物的RF及IF频段，最重要的是必须具有互逆性（及C21=C12）。

上述步骤1～3为校正网路分析仪的不匹配现象，说明步骤1～3的误差源及公式运算；步骤4～5为量测校正混波器的特性；步骤6～7计算出整个测试系统的误差。如此，整个测试系统便以校正完成，可执行精确量测。

一混波器搭配一airline以不同校正技术所测得的结果，显示的参数为归一化后的转换损失，1号轨迹为使用向量校正技术，2号轨迹为使用纯量校正技术。

结论

安捷伦提供以向量网路分析仪为测试架构的转频元件特性量测精确的解决方案，包含纯量混波器校正法及向量混波器校正法，纯量法提供测试转频元件强度相关参数的高精度技术。另外一般测试转频元件最困难复杂的绝对相位与群延迟参数，向量混波器校正法解决了此难题，不论待测转频器是否为互逆性的，都可达到最高精度的强度与相位参数量测及重复性。 （作者为台湾安捷伦科技电子仪器事业群技术支援工程部技术顾问）