國家新聞出版廣電總局七二三臺 高占全

矢量網(wǎng)絡分析儀的常用校準技巧

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本文簡要介紹了矢量網(wǎng)絡分析儀的基本原理、使用常識，誤差修正環(huán)節(jié)以及常用校準技巧，結(jié)合實際使用簡要對網(wǎng)絡分析儀的校準和使用中需要特別注意的環(huán)節(jié)進行了分析。

網(wǎng)絡分析儀；測量；校準；技巧；準確性

1. 測量基礎(chǔ)

網(wǎng)絡分析儀校準在測試前進行的校準主要作用是去消除在測量過程中系統(tǒng)誤差，校準的作用就是要通過對標準源的測量對比來獲得該儀器系統(tǒng)誤差的被測真實數(shù)據(jù)，然后依靠公式算出對測量以后數(shù)據(jù)進行修正，消除測試過程中的系統(tǒng)誤差，從而得出測量遠元件的真實值。

第一步驟先介紹一下測量的基礎(chǔ)，校準按照測試標準去操作測量系統(tǒng)誤差的經(jīng)過，按照校準操作消除誤差項范圍去區(qū)分，網(wǎng)絡分析儀分成頻響的校準和矢量的校準。抵消誤差項目的多少和測量測試標準件數(shù)字要一致。

常用的誤差建模：

1.1 單端口誤差建模

圖1 單端口校準誤差建模

圖1是網(wǎng)絡分析儀反射測試系統(tǒng)的誤差計算建模，S11M就是在進行測量中實際數(shù)值，還包含各種測量中產(chǎn)生的誤差，測試中產(chǎn)生的誤差都包含：ED、ERS、ESD等等。測量中校準的作用就是要通過數(shù)學計算測量中減掉系統(tǒng)誤差項的數(shù)據(jù)干擾，獲得網(wǎng)絡分析儀測量的真實值S11M，為獲得ED、ERS、ESD，經(jīng)過操作測試基準元器件來實現(xiàn)，由于必須測量三項排除數(shù)據(jù)干擾，單端口操作校準必須去測量三個基準元件，通過求解方程組解方程得到結(jié)果。

1.2 雙端口基準誤差建模

雙端口誤差模型相對要復雜很多，下面來看一下誤差模型的表達式：

圖2 雙端口基準誤差建模

2. 測量校準

雙端口測試操作校準為網(wǎng)絡分析儀十分精確的誤差校準辦法，校準時長很長必須至少七次進行串聯(lián)基準元器件，通常測試，元器件隔離校準基本省略。

對于雙端口校準的誤差建模，校準雙端口后，如果某一個S參數(shù)得出結(jié)論均必須用網(wǎng)絡分析儀的正、反兩個方向進行測試，需要使用其他的三個S參數(shù)比較獲得數(shù)據(jù)操作組織誤差排除計算。按照測量數(shù)據(jù)要正反比較，基于無法校準的測試成績，如有典型的跳動，均為系統(tǒng)誤差造成的干擾。使用誤差校準以后，測量掃描就準確映射出被測量元器件的情況。雙端口基準排除誤差干擾最多，獲得校準測量數(shù)據(jù)準確性最高。

不同校準方法的對比：測試過程需根據(jù)測試參數(shù)和測試精度要求選擇不同的測試方式：

針對特殊的情況的校準方式：

多數(shù)情況下都是DUT理想情況，通過網(wǎng)絡分析儀自帶的 校準件可以實現(xiàn)。理想總是豐滿的，現(xiàn)實往往是殘酷的。浩瀚世界的DUT會有不同。以下是幾種雖然常見單比較難以校準的DUT的技巧：

2.1 等效轉(zhuǎn)換法校準

等效轉(zhuǎn)接法適用于兩個相同形式而端口極性相同的被測件（例如；端口1、2均屬SMA陰性接頭），該種器件屬于非插入型器件之一。該方式要用性能一樣，但正、負極性完全不一樣的兩只轉(zhuǎn)換器。校準過程：

等效轉(zhuǎn)換器互換法操作程序，第一要通過校準時使校準的直通（Throgh）轉(zhuǎn)換器A來完成傳輸校準。而該轉(zhuǎn)換器卻不能與測量元器件直接相連。在反射校對時，把轉(zhuǎn)換器A變作轉(zhuǎn)換器B，對調(diào)變化了一只測試接口的端口極性。

校準結(jié)束后的測量步驟中，必須用與被測元器件直接相連的轉(zhuǎn)換器B，也能使用轉(zhuǎn)換器B相連和被測器件相連。若轉(zhuǎn)換器A與轉(zhuǎn)換器B的器件特性100%一致，均能同意轉(zhuǎn)換器A與轉(zhuǎn)換器B剩余外觀差異的相同轉(zhuǎn)換器。此種校準過程剩余誤差就為兩個不一樣轉(zhuǎn)換器中建特性區(qū)別。校準程序比較快速，但確適合在復雜情況下非插入元件的校準。

2.2 轉(zhuǎn)移器排除校準（ADAPTER REMOVAL）

轉(zhuǎn)換 器排除校準是針對非插入器件測試的精度較高的校準方法。轉(zhuǎn)換器排除校準必須要一只和被測元氣件一致相連接的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器被稱作校準。轉(zhuǎn)換器本身測量電長度要比測量f內(nèi)1/4范圍。如N、3.5mm和2.4mm校準件可用，對其他轉(zhuǎn)換器，有的儀表供貨商也支持用戶直接輸入其長度。

2.2.1 使用轉(zhuǎn)換器B和校準轉(zhuǎn)換器在port 2上完成雙端口校準，并存儲為校準數(shù)據(jù)組。

2.2.2 將校準轉(zhuǎn)換器連接到port 1,將轉(zhuǎn)換器B連接到port 2完成雙端口校準，存儲為另一校準數(shù)據(jù)組。

2.2.3 使用ADAPTER REMOVAL產(chǎn)生新的校準數(shù)據(jù)。

2.2.4 用轉(zhuǎn)換器B測量DUT數(shù)據(jù)。

轉(zhuǎn)換器排除校準必須要二次輸出校準，第一次校準，把直通轉(zhuǎn)換器裝到測試端口Ⅱ，獲得數(shù)據(jù)校準完輸?shù)叫蕯?shù)據(jù)程序中。再進行校準，將轉(zhuǎn)接器此時測試輸出Ⅰ中，校準程序獲得數(shù)值要差異文件名儲存于數(shù)據(jù)組內(nèi)。把整個程序內(nèi)，能進行二類差異的校準件，進行適合相差較多的端口型號被測件需要（例端口Ⅰ是N，端口Ⅱ是d）。前后雙端口測量校準結(jié)束時，把儀器轉(zhuǎn)接器排除校準功能鍵按下，根據(jù)操作提醒將二次校準文件名存入操作儀表，儀表將按照操作去排除測量轉(zhuǎn)換器對測量數(shù)據(jù)的干擾。

3. TRL測量基準flectLine

按照非同軸元器件測量要求，例：波導與晶片等等，TRL 測量校準必須多次使用的校準方式。TRL表示Through，直通； Reflect反射；Line，傳輸線。按照TRL校準的基礎(chǔ)為由于具有非同軸與高頻率情況中，必須完成理想情況中匹配負載非常難以實現(xiàn)。

具體全部的TRL校準要實現(xiàn)十余種未知誤差，需按照四個接收機網(wǎng)絡分析儀，包含兩個接收機接到反射信號測試，其余2個接收機實現(xiàn)將輸送信號的測試。TRL校準必須要十四次測量。

別類術(shù)語：LRL LRM TRM均為需要別種校準元器件一樣同類基礎(chǔ)方式。

而今，多數(shù)無源與有源RF元器件都要通過趨附安裝方式 （SMT），第一次把此類元器件測量，必須準備同類測試夾具。但因技術(shù)所限，功率承載與工作環(huán)境和設(shè)計標準的差距較大，此類元器件的物理測量數(shù)據(jù)差異明顯，相對不同夾具的外觀數(shù)據(jù)與參數(shù)差異明顯。

3.1 對于夾具的采用

夾具必須具備穩(wěn)定的機械使用性能。這種夾具通常會進行測試測量，夾具和被測量元器件的插入、對其和壓緊。將RF使用頻段夾具，不能省略阻抗匹配條件，此種情況必須精確計算夾具上傳輸線外觀和空間屏蔽效果。

3.2 夾具具體情況校準

將夾具進行校準比較省事的方法就是要講夾具校準，各種網(wǎng)絡分析儀均都設(shè)置統(tǒng)一用戶自定義的校準元器件功能。設(shè)置的校準基準件必須使用者進行校準的物理特征反應出來，把參數(shù)傳輸?shù)絻x器儀表中，將結(jié)果作為一般用戶設(shè)置的校準元器件。

即使使表示校準特性的參數(shù)種類繁多，可是畢竟使用這些參數(shù)的時刻，只可能有為數(shù)不多的參數(shù)需要修改。相比準確的設(shè)計PCB家具來說，可能開路校準的邊緣電熱器與短路測試的延遲參數(shù)就必須來體現(xiàn)。

網(wǎng)絡分析儀是一種精密儀器，校準操作直接關(guān)系到測量結(jié)果的誤差大小。通過上述操作測量介紹，希望讓更多的技術(shù)人員掌握測量技巧，讓網(wǎng)絡分析儀真正成為得心應手的儀器助手，發(fā)揮儀器最大性能。