矢量网络分析仪的常用校准技巧

国家新闻出版广电总局七二三台 高占全

矢量网络分析仪的常用校准技巧

国家新闻出版广电总局七二三台 高占全

本文简要介绍了矢量网络分析仪的基本原理、使用常识，误差修正环节以及常用校准技巧，结合实际使用简要对网络分析仪的校准和使用中需要特别注意的环节进行了分析。

网络分析仪；测量；校准；技巧；准确性

1. 测量基础

网络分析仪校准在测试前进行的校准主要作用是去消除在测量过程中系统误差，校准的作用就是要通过对标准源的测量对比来获得该仪器系统误差的被测真实数据，然后依靠公式算出对测量以后数据进行修正，消除测试过程中的系统误差，从而得出测量远元件的真实值。

第一步骤先介绍一下测量的基础，校准按照测试标准去操作测量系统误差的经过，按照校准操作消除误差项范围去区分，网络分析仪分成频响的校准和矢量的校准。抵消误差项目的多少和测量测试标准件数字要一致。

常用的误差建模：

1.1 单端口误差建模

图1 单端口校准误差建模

图1是网络分析仪反射测试系统的误差计算建模，S11M就是在进行测量中实际数值，还包含各种测量中产生的误差，测试中产生的误差都包含：ED、ERS、ESD等等。测量中校准的作用就是要通过数学计算测量中减掉系统误差项的数据干扰，获得网络分析仪测量的真实值S11M，为获得ED、ERS、ESD，经过操作测试基准元器件来实现，由于必须测量三项排除数据干扰，单端口操作校准必须去测量三个基准元件，通过求解方程组解方程得到结果。

1.2 双端口基准误差建模

双端口误差模型相对要复杂很多，下面来看一下误差模型的表达式：

图2 双端口基准误差建模

2. 测量校准

双端口测试操作校准为网络分析仪十分精确的误差校准办法，校准时长很长必须至少七次进行串联基准元器件，通常测试，元器件隔离校准基本省略。

对于双端口校准的误差建模，校准双端口后，如果某一个S参数得出结论均必须用网络分析仪的正、反两个方向进行测试，需要使用其他的三个S参数比较获得数据操作组织误差排除计算。按照测量数据要正反比较，基于无法校准的测试成绩，如有典型的跳动，均为系统误差造成的干扰。使用误差校准以后，测量扫描就准确映射出被测量元器件的情况。双端口基准排除误差干扰最多，获得校准测量数据准确性最高。

不同校准方法的对比：测试过程需根据测试参数和测试精度要求选择不同的测试方式：

针对特殊的情况的校准方式：

多数情况下都是DUT理想情况，通过网络分析仪自带的 校准件可以实现。理想总是丰满的，现实往往是残酷的。浩瀚世界的DUT会有不同。以下是几种虽然常见单比较难以校准的DUT的技巧：

2.1 等效转换法校准

等效转接法适用于两个相同形式而端口极性相同的被测件（例如；端口1、2均属SMA阴性接头），该种器件属于非插入型器件之一。该方式要用性能一样，但正、负极性完全不一样的两只转换器。校准过程：

等效转换器互换法操作程序，第一要通过校准时使校准的直通（Throgh）转换器A来完成传输校准。而该转换器却不能与测量元器件直接相连。在反射校对时，把转换器A变作转换器B，对调变化了一只测试接口的端口极性。

校准结束后的测量步骤中，必须用与被测元器件直接相连的转换器B，也能使用转换器B相连和被测器件相连。若转换器A与转换器B的器件特性100%一致，均能同意转换器A与转换器B剩余外观差异的相同转换器。此种校准过程剩余误差就为两个不一样转换器中建特性区别。校准程序比较快速，但确适合在复杂情况下非插入元件的校准。

2.2 转移器排除校准（ADAPTER REMOVAL）

转换 器排除校准是针对非插入器件测试的精度较高的校准方法。转换器排除校准必须要一只和被测元气件一致相连接的转换器，该转换器被称作校准。转换器本身测量电长度要比测量f内1/4范围。如N、3.5mm和2.4mm校准件可用，对其他转换器，有的仪表供货商也支持用户直接输入其长度。

2.2.1 使用转换器B和校准转换器在port 2上完成双端口校准，并存储为校准数据组。

2.2.2 将校准转换器连接到port 1,将转换器B连接到port 2完成双端口校准，存储为另一校准数据组。

2.2.3 使用ADAPTER REMOVAL产生新的校准数据。

2.2.4 用转换器B测量DUT数据。

转换器排除校准必须要二次输出校准，第一次校准，把直通转换器装到测试端口Ⅱ，获得数据校准完输到校准数据程序中。再进行校准，将转接器此时测试输出Ⅰ中，校准程序获得数值要差异文件名储存于数据组内。把整个程序内，能进行二类差异的校准件，进行适合相差较多的端口型号被测件需要（例端口Ⅰ是N，端口Ⅱ是d）。前后双端口测量校准结束时，把仪器转接器排除校准功能键按下，根据操作提醒将二次校准文件名存入操作仪表，仪表将按照操作去排除测量转换器对测量数据的干扰。

3. TRL测量基准flectLine

按照非同轴元器件测量要求，例：波导与晶片等等，TRL 测量校准必须多次使用的校准方式。TRL表示Through，直通； Reflect反射；Line，传输线。按照TRL校准的基础为由于具有非同轴与高频率情况中，必须完成理想情况中匹配负载非常难以实现。

具体全部的TRL校准要实现十余种未知误差，需按照四个接收机网络分析仪，包含两个接收机接到反射信号测试，其余2个接收机实现将输送信号的测试。TRL校准必须要十四次测量。

别类术语：LRL LRM TRM均为需要别种校准元器件一样同类基础方式。

而今，多数无源与有源RF元器件都要通过趋附安装方式 （SMT），第一次把此类元器件测量，必须准备同类测试夹具。但因技术所限，功率承载与工作环境和设计标准的差距较大，此类元器件的物理测量数据差异明显，相对不同夹具的外观数据与参数差异明显。

3.1 对于夹具的采用

夹具必须具备稳定的机械使用性能。这种夹具通常会进行测试测量，夹具和被测量元器件的插入、对其和压紧。将RF使用频段夹具，不能省略阻抗匹配条件，此种情况必须精确计算夹具上传输线外观和空间屏蔽效果。

3.2 夹具具体情况校准

将夹具进行校准比较省事的方法就是要讲夹具校准，各种网络分析仪均都设置统一用户自定义的校准元器件功能。设置的校准基准件必须使用者进行校准的物理特征反应出来，把参数传输到仪器仪表中，将结果作为一般用户设置的校准元器件。

即使使表示校准特性的参数种类繁多，可是毕竟使用这些参数的时刻，只可能有为数不多的参数需要修改。相比准确的设计PCB家具来说，可能开路校准的边缘电热器与短路测试的延迟参数就必须来体现。

网络分析仪是一种精密仪器，校准操作直接关系到测量结果的误差大小。通过上述操作测量介绍，希望让更多的技术人员掌握测量技巧，让网络分析仪真正成为得心应手的仪器助手，发挥仪器最大性能。