國(guó)家新聞出版廣電總局七二三臺(tái) 高占全

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的常用校準(zhǔn)技巧

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本文簡(jiǎn)要介紹了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本原理、使用常識(shí)，誤差修正環(huán)節(jié)以及常用校準(zhǔn)技巧，結(jié)合實(shí)際使用簡(jiǎn)要對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)和使用中需要特別注意的環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析。

網(wǎng)絡(luò)分析儀；測(cè)量；校準(zhǔn)；技巧；準(zhǔn)確性

1. 測(cè)量基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)在測(cè)試前進(jìn)行的校準(zhǔn)主要作用是去消除在測(cè)量過(guò)程中系統(tǒng)誤差，校準(zhǔn)的作用就是要通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)源的測(cè)量對(duì)比來(lái)獲得該儀器系統(tǒng)誤差的被測(cè)真實(shí)數(shù)據(jù)，然后依靠公式算出對(duì)測(cè)量以后數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，消除測(cè)試過(guò)程中的系統(tǒng)誤差，從而得出測(cè)量遠(yuǎn)元件的真實(shí)值。

第一步驟先介紹一下測(cè)量的基礎(chǔ)，校準(zhǔn)按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)去操作測(cè)量系統(tǒng)誤差的經(jīng)過(guò)，按照校準(zhǔn)操作消除誤差項(xiàng)范圍去區(qū)分，網(wǎng)絡(luò)分析儀分成頻響的校準(zhǔn)和矢量的校準(zhǔn)。抵消誤差項(xiàng)目的多少和測(cè)量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)誤差建模

圖1是網(wǎng)絡(luò)分析儀反射測(cè)試系統(tǒng)的誤差計(jì)算建模，S11M就是在進(jìn)行測(cè)量中實(shí)際數(shù)值，還包含各種測(cè)量中產(chǎn)生的誤差，測(cè)試中產(chǎn)生的誤差都包含：ED、ERS、ESD等等。測(cè)量中校準(zhǔn)的作用就是要通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算測(cè)量中減掉系統(tǒng)誤差項(xiàng)的數(shù)據(jù)干擾，獲得網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量的真實(shí)值S11M，為獲得ED、ERS、ESD，經(jīng)過(guò)操作測(cè)試基準(zhǔn)元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于必須測(cè)量三項(xiàng)排除數(shù)據(jù)干擾，單端口操作校準(zhǔn)必須去測(cè)量三個(gè)基準(zhǔn)元件，通過(guò)求解方程組解方程得到結(jié)果。

1.2 雙端口基準(zhǔn)誤差建模

雙端口誤差模型相對(duì)要復(fù)雜很多，下面來(lái)看一下誤差模型的表達(dá)式：

圖2 雙端口基準(zhǔn)誤差建模

2. 測(cè)量校準(zhǔn)

雙端口測(cè)試操作校準(zhǔn)為網(wǎng)絡(luò)分析儀十分精確的誤差校準(zhǔn)辦法，校準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)很長(zhǎng)必須至少七次進(jìn)行串聯(lián)基準(zhǔn)元器件，通常測(cè)試，元器件隔離校準(zhǔn)基本省略。

對(duì)于雙端口校準(zhǔn)的誤差建模，校準(zhǔn)雙端口后，如果某一個(gè)S參數(shù)得出結(jié)論均必須用網(wǎng)絡(luò)分析儀的正、反兩個(gè)方向進(jìn)行測(cè)試，需要使用其他的三個(gè)S參數(shù)比較獲得數(shù)據(jù)操作組織誤差排除計(jì)算。按照測(cè)量數(shù)據(jù)要正反比較，基于無(wú)法校準(zhǔn)的測(cè)試成績(jī)，如有典型的跳動(dòng)，均為系統(tǒng)誤差造成的干擾。使用誤差校準(zhǔn)以后，測(cè)量掃描就準(zhǔn)確映射出被測(cè)量元器件的情況。雙端口基準(zhǔn)排除誤差干擾最多，獲得校準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性最高。

不同校準(zhǔn)方法的對(duì)比：測(cè)試過(guò)程需根據(jù)測(cè)試參數(shù)和測(cè)試精度要求選擇不同的測(cè)試方式：

針對(duì)特殊的情況的校準(zhǔn)方式：

多數(shù)情況下都是DUT理想情況，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀自帶的 校準(zhǔn)件可以實(shí)現(xiàn)。理想總是豐滿的，現(xiàn)實(shí)往往是殘酷的。浩瀚世界的DUT會(huì)有不同。以下是幾種雖然常見單比較難以校準(zhǔn)的DUT的技巧：

2.1 等效轉(zhuǎn)換法校準(zhǔn)

等效轉(zhuǎn)接法適用于兩個(gè)相同形式而端口極性相同的被測(cè)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(fù)極性完全不一樣的兩只轉(zhuǎn)換器。校準(zhǔn)過(guò)程：

等效轉(zhuǎn)換器互換法操作程序，第一要通過(guò)校準(zhǔn)時(shí)使校準(zhǔn)的直通（Throgh）轉(zhuǎn)換器A來(lái)完成傳輸校準(zhǔn)。而該轉(zhuǎn)換器卻不能與測(cè)量元器件直接相連。在反射校對(duì)時(shí)，把轉(zhuǎn)換器A變作轉(zhuǎn)換器B，對(duì)調(diào)變化了一只測(cè)試接口的端口極性。

校準(zhǔn)結(jié)束后的測(cè)量步驟中，必須用與被測(cè)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(cè)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(zhǔn)過(guò)程剩余誤差就為兩個(gè)不一樣轉(zhuǎn)換器中建特性區(qū)別。校準(zhǔn)程序比較快速，但確適合在復(fù)雜情況下非插入元件的校準(zhǔn)。

2.2 轉(zhuǎn)移器排除校準(zhǔn)（ADAPTER REMOVAL）

轉(zhuǎn)換 器排除校準(zhǔn)是針對(duì)非插入器件測(cè)試的精度較高的校準(zhǔn)方法。轉(zhuǎn)換器排除校準(zhǔn)必須要一只和被測(cè)元?dú)饧恢孪噙B接的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器被稱作校準(zhǔn)。轉(zhuǎn)換器本身測(cè)量電長(zhǎng)度要比測(cè)量f內(nèi)1/4范圍。如N、3.5mm和2.4mm校準(zhǔn)件可用，對(duì)其他轉(zhuǎn)換器，有的儀表供貨商也支持用戶直接輸入其長(zhǎng)度。

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

2.2.2 將校準(zhǔn)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(zhǔn)，存儲(chǔ)為另一校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組。

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

2.2.4 用轉(zhuǎn)換器B測(cè)量DUT數(shù)據(jù)。

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

3. TRL測(cè)量基準(zhǔn)flectLine

按照非同軸元器件測(cè)量要求，例：波導(dǎo)與晶片等等，TRL 測(cè)量校準(zhǔn)必須多次使用的校準(zhǔn)方式。TRL表示Through，直通； Reflect反射；Line，傳輸線。按照TRL校準(zhǔn)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(fù)載非常難以實(shí)現(xiàn)。

具體全部的TRL校準(zhǔn)要實(shí)現(xiàn)十余種未知誤差，需按照四個(gè)接收機(jī)網(wǎng)絡(luò)分析儀，包含兩個(gè)接收機(jī)接到反射信號(hào)測(cè)試，其余2個(gè)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)將輸送信號(hào)的測(cè)試。TRL校準(zhǔn)必須要十四次測(cè)量。

別類術(shù)語(yǔ)：LRL LRM TRM均為需要?jiǎng)e種校準(zhǔn)元器件一樣同類基礎(chǔ)方式。

而今，多數(shù)無(wú)源與有源RF元器件都要通過(guò)趨附安裝方式 （SMT），第一次把此類元器件測(cè)量，必須準(zhǔn)備同類測(cè)試夾具。但因技術(shù)所限，功率承載與工作環(huán)境和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的差距較大，此類元器件的物理測(cè)量數(shù)據(jù)差異明顯，相對(duì)不同夾具的外觀數(shù)據(jù)與參數(shù)差異明顯。

3.1 對(duì)于夾具的采用

夾具必須具備穩(wěn)定的機(jī)械使用性能。這種夾具通常會(huì)進(jìn)行測(cè)試測(cè)量，夾具和被測(cè)量元器件的插入、對(duì)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(jì)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(zhǔn)

將夾具進(jìn)行校準(zhǔn)比較省事的方法就是要講夾具校準(zhǔn)，各種網(wǎng)絡(luò)分析儀均都設(shè)置統(tǒng)一用戶自定義的校準(zhǔn)元器件功能。設(shè)置的校準(zhǔn)基準(zhǔn)件必須使用者進(jìn)行校準(zhǔn)的物理特征反應(yīng)出來(lái)，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(zhǔn)元器件。

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

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