網(wǎng)絡分析儀的不同形式校準方法以及校準誤差模型

網(wǎng)絡分析儀校準的目的是消除測試的系統(tǒng)誤差。校準的思路是通過對標準件的測試得到網(wǎng)絡分析儀系統(tǒng)誤差項的具體數(shù)值，然后通過計算對被測件測試結果進行修正處理，消除其中誤差成份，得到被測件真實值。在談進階篇之前，我們先來復習一下基礎知識。

校準過程就是通過測試標準件測試系統(tǒng)誤差的過程，根據(jù)校準消除誤差項的不同，網(wǎng)絡分析儀校準主要分為頻響校準和矢量校準，消除誤差項目的個數(shù)與測試的標準件數(shù)目相同。

我們常用的誤差模型：

一、單端口誤差模型

圖一、單端口校準誤差模型

圖一為網(wǎng)絡分析儀反射測試時系統(tǒng)誤差的數(shù)學模型。S11M為網(wǎng)絡分析儀的實際測試值，其中包含各項測試誤差，具體測試誤差有：ED、ERT、ES等。儀表校準目的是通過計算消除這些誤差項的影響，得到網(wǎng)絡分析儀測量的真值S11A。為得到ED、ERT、ES，通過測試標準件完成，由于要確定三項誤差，所以單端口校準要測試三個標準件，聯(lián)立方程組得解。

二、雙端口誤差模型

雙端口誤差模型就要復雜不少了，來看看其誤差模型的表達式：

圖二、雙端口校準誤差模型

雙端口校準是網(wǎng)絡分析儀zui的誤差校準方法，校準過程中需要至少7次連接校準件，通常測試中，隔離校準可以忽略。

基于二端口校準的誤差模型，二端口校準后，某一項S參數(shù)結果的測試都需要網(wǎng)絡分儀表進行正，反雙向測試，利用另外三個S參數(shù)對測試結果進行誤差消除運算。

這是被測件在校準前后結果對比，對于沒有校準的測試結果，存在典型的波動，它是系統(tǒng)誤差影響的結果。通過誤差校準后，測試掃跡能更正確反映被測件性能。

雙端口校準消除誤差項zui多，校準后儀表測試精度zui高。

不同校準方法比較：

測試過程需要根據(jù)測試參數(shù)和測試精度要求選擇不同的相應校準方式：

圖三、不同校準形式及其應用

針對特殊情形的校準方式：

上面考慮的都是DUT比較理想的情況，通過網(wǎng)分自帶的校準件就可以完成校準。可以理想總是豐滿的，現(xiàn)實總是殘酷的。大千世界林林總總的DUT又腫么辦呢？

下面就是幾種常見而又比較難校準的DUT的巧辦法：

1、等效轉接器互換法校準

這種方法適用于具有兩個相同形式而端口極性相同的被測件(如；1，2端口都為SMA陰性接頭)，這種器件為非插入型器件之一。此方法需要使用性能相同，而陰陽極性不同的兩個轉接器。

校準過程圖解：

等效轉接器互換法校準*步是在校準過程中利用能進行直通(Through)校準的轉接器A來完成傳輸校準。但該轉接器并不能與測試直接連接。在反射校準過程中，將轉接器A換為轉接器B，這一交換改變了一個測試端口的接口極性。

校準完成后的測試過程中，使用能和被測件直接連接的轉接器B，轉接器B可以直接和被測件連接。

如果轉接器A和轉接器B的電氣性能*相同，可以認為轉接器A和轉接器B只是外形不同的同一個轉接器。

這種校準方法的剩余誤差為兩個轉接器之間的性能差異。校準過程較簡單，但不能適用于復雜非插入器件校準。

2、轉接器移去校準(英文名：Adapter Removal)

轉接器移去校準是針對非插入器件測試的精度較高的校準方法。轉接器移去校準需要使用一個具有和被測件相同接口方式的轉接器，這個轉接器叫做校準轉接器。轉接器的電長度必須小于測試頻率的四分之一范圍內。比如N、3.5mm 和2.4mm校準件可用，對于其它轉接器，有的儀表商也支持用戶可以直接輸入其電長度。

圖五、Adapter Removal 校準過程

轉接器移去校準需要進行兩次雙端口校準。*次校準中，將直通轉接器放在測試端口2，校準結果存入校準數(shù)據(jù)組中。

第二次校準，將轉接器連接到測試端口1上，校準數(shù)據(jù)用不同文件名也存在校準數(shù)據(jù)組中。在這個過程中，可以使用兩種不同的校準件。以適應具有不同端口類型被測件的要求(比如端口1為N，端口2為SMA)。

兩次雙端口校準完成后，在儀表轉接器移去校準功能鍵下，根據(jù)提示將兩次校準文件名輸入儀表，儀表通過計算可消除測量轉接器對測試影響。

3、TRL校準

對于非同軸被測件進行測試，如；波導和晶片等，TRL校準是經(jīng)常采用的校準方法。TRL代表Through，直通；Reflect，反射；Line，傳輸線。采用TRL校準的原因是因為在非同軸和高頻率條件下，要實現(xiàn)理想的匹配負載非常困難。

真正完整的TRL校準為確定10項未知誤差，需使用4接收機網(wǎng)絡分析儀，其中2臺接收機用于反射信號測試，另兩臺接收機完成對傳輸信號的測試。TRL 校準需進行14次測試。

其它術語如；LRL，LRM，TRM等只是采用其他校準件的同一種基本校準方法。

目前，許多無源和有源RF器件都采用表面安裝形式(SMT)，首先對這些器件的測試，需要使用相應測試夾具。又由于技術，功率承載和工作環(huán)境或設計標準的不同，這些元件的物理尺寸變化很大，相應各種夾具的尺寸和性能變化也很大。

對夾具測試需要考慮兩個因素：

1)、夾具設計

夾具應具有良好穩(wěn)定的機械性能。這些夾具往往會使用在生產線測試中，夾具需能讓被測件快速的插入、對齊和夾緊。對于RF工作頻段夾具，需考慮阻抗匹配因素，這要求設計夾具中傳輸線尺寸和空間屏蔽。

2)、夾具校準

對夾具的校準采用夾具上校準，安捷倫網(wǎng)絡分析儀支持用戶定義校準件功能。定義的校準件要求用戶能對校準的物理特性進行表征，并將參數(shù)輸入到儀表內部，并作為常用的由用戶定義的校準工具。

雖然用來描述校準標準件的參數(shù)很多，對于大多數(shù)應用來說，只要少數(shù)幾個參數(shù)需要修改。對于正確設計的PCB夾具而言，只有開路標準的邊緣電容和短路的延遲參數(shù)需要表征。