在现代无线和航空/国防系统中，对射频元器件进行精确的振幅和相位测量极为重要。在系统仿真的设计阶段，需要对基础元器件的数据进行精确表征，才能确保系统完全在设计规定的参数范围内工作。在制造阶段，精确测量能够保证每个元器件都能符合公布的技术指标。射频系统的基本构建模块，例如过滤器、放大器、混频器、天线、隔离器和传输线路等通常需要进行测量。
对射频元器件应用最广的测量标准是散射参数，简称S参数。这些参数表征了射频设备正向和逆向的复杂反射（振幅和相位）和传输性能。S参数完整地描述了射频元器件的线性行为，此参数对整个系统仿真非常必要，但并不足够。相对于理想线性性能的偏置（表现形式为非平坦振幅与频率的比和非恒定斜面相位与频率响应的比）会导致严重的系统退化。
射频元器件的非线性性能也会对系统造成损坏。例如，如果放大器的功率电平超过线性范围，则放大器将出现增益压缩、幅度调制向相位调制（AM至PM）的转换和互调失真（IMD）等现象。因此，测量这些特性同样重要。
最常见的用于表征射频元器件的设备是矢量网络分析仪（VNA）。"网络"是指电气网络，而不是电脑网络。以前，VNA包含一个用于激励的射频信号发生器和多个用于测量正向和逆向的事件、反射和传输信号的测量接收机。传统的VNA拥有两个测试端口，因为多数早期设备只有一个或两个端口。测量多于两个端口的设备，意味着需不断移动被测件周围的测试电缆和终端直到所有端口测量完毕。下文将为用户介绍更佳的方法。
VNA以固定的功率电平通过扫描频率测量S参数，以固定的频率通过扫描功率测量放大器的增益压缩。这样，就可以轻松地表征线性和非线性性能。新型VNA带有两个内置射频信号发生器，也可以进行IMD测量。而以前测量IMD需要两个独立的信号发生器和一个频谱分析仪。使用VNA的方法使设置更为简单、测量时间更短、测量精度更高。例如，带有选件146的新型Agilent 13.5 GHz N5230A PNA-L网络分析仪就属于带有两个内部射频源的新一代VNA。
多端口设备受到普遍应用
目前的现代化射频系统中通常包括拥有3个或4个端口的设备，拥有8个或更多端口的设备也越来越普及。设备端口数量增多的原因有两个。一是由于平衡元器件的广泛使用，二是子系统的集成水平更高，例如目前手机上使用的前端模块。
平衡电路具有许多优点，例如对电磁干扰的敏感性降低以及电磁干扰的减少。平衡元器件可能是拥有3个射频端口的平衡到单端设备，也可能是拥有4个射频端口的平衡到平衡设备。目前通常使用的VNA拥有4个端口，能够轻松测量高达67 GHz的平衡电路。这些VNA必须能够测量平衡设备的差分和共模响应以及混模参数。
不断提高的集成水平是多端口设备增多的主要因素。在移动电话行业，手机和基站的情况都可以印证这一点。多频手机（可工作于多个频段，并具有如GPS或Wi-Fi等非电话功能）通常将前端模块（包括一个或两个天线输入和多个开关、双工器、过滤器和放大器）集成到一个普通基片上。在基站端，通常将双工器和低噪声放大器集成到带有许多射频端口的合分路器上。
当测量这些设备时，由于业界对测量带外性能的需求，测试频率上限通常比要操作的频带高得多。例如，测试在2 GHz频率工作的手机元器件时通常会测试到12.5 GHz的频率，从而保证不会对其它频带造成干扰。
要同时满足高端口数量和高频率测试的需求，可以通过添加外部测试仪来扩展VNA的端口数量，该测试仪包含更多的端口连接器和定向耦合器，以及与VNA本身进行无缝连接的必要开关。以这种方式，通过增加端口数量便可得到测量任意端口对组合之间的路径的测试解决方案，此方案还包含消除所有测试端口和路径中的系统误差的误差校正程序。带有选件145的Agilent N5230A PNA-L网络分析仪就符合这一标准，它与Z5623A K44测试仪结合，能提供拥有8个端口的13.5 GHz的测试系统（图1）。安捷伦最近还推出了拥有12个端口的20 GHz解决方案，该解决方案采用带有选件225的N5230A PNA-L网络分析仪和U3022AE10测试仪。
使用两个集成的射频源能够简化放大器和混频器的测量
VNA只需一个射频源就可以测量S参数、增益压缩和元器件谐波，使用备用的内部源不仅可以执行更加复杂的非线性测量，例如IMD，还可以高效地测试混频器和频率转换器。
测量IMD时，在一台信号合成器（例如电阻功率分离器或定向耦合器）上将两个信号（在双音频互调中通常指"音频"）加以组合，然后发送到被测放大器（AUT）的输入端。图2显示了使用4端口VNA完成以上操作的步骤。由于被测放大器的非线性特性，，在放大器的输出端除了两个放大的输入信号，还出现了互调现象。在通信系统中，这些多余的干扰将出现在所需的操作频带中，因此无法对其进行过滤并消除。理论上讲，如果出现大量的互调分量，则通常只测量三阶分量，因为它们是造成系统故障的主要原因。两个输入信号的频率差决定了三阶互调分量的位置。例如，如果两个输入信号分别为1.881 GHz和1.882 GHz，则低IMD信号将位于1.800 GHz上，高IMD信号将位于1.883 GHz上。
图3显示了在VNA上进行的IMD测量。上图显示了使用频谱分析仪进行的扫描操作。该方法直观、易懂，但会使用不必要的数据，从而耗费更多的测试时间。下图显示的方法更佳，其中的数据主要来自IMD和两个测试信号。
使用VNA进行的测量相对于其它方法具有两个突出优点。第一，用户使用一台测试仪器和一套连接组件即可获得全部测量数据：例如S参数、增益压缩、输出谐波和IMD。第二，通过VNA基于功率计的校准，可获得比使用频谱分析仪更高的测量精度。
由于频率转换设备，例如混频器或转换器，需要额外的本地振荡器（LO）信号，故VNA的备用内部源非常适合测试这类设备，。进行扫描LO测试时更是如此，因为可以对拥有固定偏移值的LO信号和射频输入信号进行同步扫描。这是测量宽带频率转换器前端元器件频率响应的常见测试方法。使用VNA的内部信号发生器发出的LO信号可以显著提高测量速度。例如，相对于使用外部Agilent PSG信号发生器，带有选件246的N5230A能够将扫描LO测量的扫描速度提高35倍。图4显示了对单阶频率转换器的测量。上图显示了对转换器IF过滤器的频率响应进行的固定LO测量。下图的扫描LO测量显示了转换器的前端平坦度。
安捷伦还提供专为混频器和转换器测量设计的先进的误差校正程序。这些程序通过校正测试系统中被测件的输入匹配和源匹配之间的失配，将转换损耗或转换增益测量的失配波动降至最低。目前已经开发了一项类似的技术对混频器和转换器群延迟进行低波动绝对测量。
多端口测试系统提供更高测试速度和更高精度
多端口测试系统与多端口被测件间只需进行一组连接即可完成多个测量，它的测试时间与传统的双端口VNA相比具有显著的降低。最初的多端口VNA测试系统只是一个位于VNA测试端口上的开关矩阵。该方法虽然操作简单，而且经济高效，但无法在高频率条件下提供现代化设备需要的高性能。使用基于耦合器的测试仪是一个更好的办法，该测试仪的每个测试端口上都带有定向耦合器。将信号发送回VNA所需的开关位于耦合器和VNA接收机之间。这些测试仪具有更佳的灵敏度和更高的稳定性，这对于微波频率上的测量尤其重要。
测试仪中的开关可以是电子开关也可以是机械开关。电子开关具有更高的开关速度和无限的使用寿命等优点，但损耗较大、功率处理能力有限，而且价格昂贵，在测试端口达到12个或更多时操作更加复杂。机械端口具有最佳的射频特性：损耗低、功率处理能力高,而且价格比电子开关低。其主要缺点在于开关触点的使用寿命有限。高可靠性开关通常能够使用5百万次或更多，在大批量生产的应用中开关的使用寿命会缩短至1年以内。安捷伦可以提供基于电子和机械开关的测试仪。开关的选择依频率范围、端口数量和应用需求而异。许多测试仪拥有额外的开关，能够对其它元器件，例如信号合成器或噪声系数分析仪类的测试设备，进行开关操作。这些额外的开关有助于提高整个测试系统的灵活性。
多端口测试系统的误差校正是整个解决方案的关键部分。基本的VNA校准程序校正被测路径中的所有系统误差。在多端口设备中，如果测试端口的负载匹配不在被测路径上，将导致严重的测量误差。测试端口越多，潜在的误差就越大。出现的误差总数与被测件各端口间的隔离程度有关。不管测量路径中使用哪些端口，现代VNA都能够校正所有由测试端口引起的性能下降。这种校正称作N端口误差校正，其中N是被测件和测试系统的端口数量。N端口误差校正能提供最佳的精度，代价是扫描次数较多，测试时间较长。对于端口间隔离程度较低的设备或端口间隔离程度较高但需测量验证的设备，需要进行N端口校正。例如功率分离器、混合器、开关和隔离器/多路复用器的组合。
新兴的进行N端口误差校正的应用是物理层结构或数字网络后面板中连接器串扰的测量，以及多芯网络互连电缆间串扰的测量。例如，一对差分传输线就是一个基本的8端口设备。测量远端串扰（FEXT）时，在差分线路的一端发出激励信号，在另一端测量激励的响应。如果在FEXT测量中没有执行N端口误差校正，则FEXT测试中没有用到的4个端口的负载匹配就会导致较大的误差。用户还可以对两个相邻的"进攻"差分线路之间的"受攻击"差分线路进行类似的串扰测量。这些测量需要12端口系统和12端口误差校正。最先进的物理层测试通常达50 GHz，有时可达67 GHz。
要缩短测量时间，多端口设备通常需要经过若干组M端口测量的测试，其中M < N。例如，尽管移动电话的前端模块拥有8个或更多端口，测试时通常一次只测量3个或4个端口。这是因为一个频带内的元器件和另一个频带的元器件之间拥有充分的隔离。这时，只需执行3端口或4端口误差校正即可。在多端口测试系统中需要足够的灵活性才能为被测件选择合适的误差校正水平。
总结
基于VNA的测试系统提供的核心测量引擎，可以测量现代无线通信和A/D系统，以及网络物理层中的射频和微波元器件。两个内置信号发生器在保持VNA高精度的同时，还能简化并提高放大器、混频器和转换器的测量速度。测试放大器时，该信号源可以测量S参数、增益压缩和谐波，也可以生成测量IMD所需的信号。测试混频器和转换器时，一个信号发生器用于生成混频器或转换器的输入信号，另一个信号发生器用于提供LO信号。只需一套连接组件即可同时完成固定LO和扫描LO测量。
目前普遍使用的是4端口VNA，更高的集成水平提高了对拥有8个或更多测试端口的测试系统的需求。将VNA和由开关、耦合器和额外测试端口组成的外部测试仪进行组合就可以满足这种需求。采用N端口误差校正，能使多端口测试系统的精度提高到VNA用户所期望的双端口误差校正的精度水平。选择误差校正水平可以优化测试任意特定设备所需的总体测量精度和测试时间。
Agilent VNAs不能直接测量传播速度。可以选择下面步骤概述的方法来计算传播速度，该方法基于被测电缆的物理长度计算传播速度。
执行传输校准（响应、增强响应、全部2-端口等）连接校准端口之间的被测电缆。 测量 S21将延迟设置为显示格式。 记录该延迟测量该电缆的物理长度。
使用下面的方程计算该传播速度。
Vp (m/s) = 电缆长度 (m) /延迟(s) 用户可以选择测量该电缆的电气延迟，输入电缆的速度因子并计算传播速度作为电气长度分开的物理长度比率为了测量电气延迟，执行上面提到的步骤1至3，然后执行以下步骤：
将相位设置为显示格式 使用标志函数，当标志>延迟时，该标志自动设置电气延迟。使用CAL菜单设置被测电缆的速度因数。 测量该电缆的物理长度。通过SCALE – ELECTRICAL DELAY 函数显示电缆的电气延迟。 分析仪现在显示电气延迟和电缆长度。
使用下面的方程计算该传播速度。
Vp (m/s) = 电缆长度 (m) /延迟 (s) 两种方法都可以得到相似的结果。