矢网的动态范围

矢网的动态范围，本质上是指系统可以测量的功率范围。

Pmax: 系统能正常测量的最大功率，通常由矢网接收机的压缩性能决定，一般为0.1 dB压缩点。

Pref: 到达测试端口处的标称功率

Pmin:系统可以测量的最低功率(即灵敏度)，取决于接收机的噪底。

在接收机端，可以在不同的IF带宽（通常使用10 Hz）、不同的统计分析方法(RMS，是否进行平均操作)上定义本底噪声。

有两种常用的动态范围的定义：

(1) 接收机动态范围(receiver dynamic range)=Pmax-Pmin

(2) 系统动态范围(System dynamic range)=Pref-Pmin

VNA的动态范围受三个因素影响：

(1) 测试端口处的输入功率

(2) 测试端口的底噪

(3) 接收机之间的串扰

VNA的动态范围，在大信号时，受接收机的0.1dB压缩点限制；在低电平信号时，受泄露信号和噪声限制。

提高动态范围

在某些测量情况下，希望修改矢网的默认设置，以获得更高的动态范围。矢网的动态范围受底噪限制，因此减小底噪，可以提高矢网的动态范围。

可以通过平均或降低IF BW来改善噪声水平。

平均

平均操作可以降低迹线噪声，但同时也增加了测量时间。

很多网络分析仪，对每次扫描的数据点进行指数加权平均，以此来进行迹线之间的平均。平均是对复数数据进行，即为矢量平均。

对于包含相干信号和不相关噪声的迹线，如果进行矢量平均，噪声分量的平均结果可以接近0。这样，在网络分析仪显示屏上显示出来的迹线，平均噪声电平就会降低，进而提高动态范围。

使用矢网的平均功能，平均次数每增加2倍，SNR提高3dB。

如果使用标量平均，则只能减小噪声的方差，但不会影响平均噪声水平。

复数平均操作(re/im)只能用于比例测量(比如说S参数测量、增益测量)，不适用于非比例测量(比如说1dB压缩点测试)中，因为在这些测量中，相位是随机的，如果采用矢量平均，会使结果接近零。

平滑是另一种通常被视为类似于平均和IF BW调整的技术，它可以减少迹线噪声上的峰峰值的细微变化，但不能减少噪声。

降低IF带宽

降低IF带宽，会减小数字滤波器的带宽，进而滤除滤波器带宽外的噪声，以降低噪声。

噪声功率可以表示为Pn=KTB，所以减小带宽，可以降低噪声。

与平均操作一样，降低IF带宽，能降低本底噪声但同时也会降低测量速度。

IF BW降低10倍，本底噪声也降低10dB，同时测量时间也增加10倍。但是实际情况下，可能会有所差别，因为在不同IF带宽下，数字滤波器的形状会有所不同。

选择最优的方法来提高VNA动态范围

平均操作和减小IF带宽，都可以降低噪声。如果不关注测量速度，那这两种方法都可以。

在高IFBW下(BW>=100Hz)时，提高相同倍数的动态范围下，减小IF BW对测试速度的影响要小于平均操作；

在低IF BW下(BW<100Hz)时，两种方法对测量速度的影响基本一样。

在决定给定测量应用中选择哪种方法来增加动态范围时，还需要考虑其他因素:

(1) 使用平均操作减少本底噪声，用户可以在平均过程中观察VNA屏幕上的迹线的变化

(2) IF BW降低适用于比例和非比例测量，而平均只能用于比例测量模式

当然在很多情况下，可以同时使用降低IF BW和平均操作，来降低本底噪声。

分段扫描功能

分段扫描功能，即将整个扫描分为多个频率段，每个频率段可分别设置起始和终止频率、IF BW，功率电平和扫描点数。

网络分析仪上的分段扫描功能，可以在兼顾测量速度的同时，获得宽动态范围。

比如说在测量阻带抑制很大的滤波器时，就可使用该功能。在通带内，可以设置比较大的IF BW；在阻带处，则可以使用窄IF BW来减小噪声。

参考文献：

[1] https://community.keysight.com/thread/3183

[2] Keysight Application Note:Understanding and Improving Network Analyzer Dynamic Range

[3] Data Sheet and Technical Specifications:Keysight 2-Port and 4-Port PNA-X Network Analyzer

[4] Yeou-Song (Brian) Lee(Anritsu Company),Testing Dynamic Accuracy of Vector Network Analyzers Using the 40 GHz Step Attenuator

[5] VNA dynamic range and linearity accuracy