巧用網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)

網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)的目的是消除測(cè)試的系統(tǒng)誤差。校準(zhǔn)的思路是通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的測(cè)試得到網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)誤差項(xiàng)的具體數(shù)值，然后通過(guò)計(jì)算對(duì)被測(cè)件測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正處理，消除其中誤差成份，得到被測(cè)件真實(shí)值。在談進(jìn)階篇之前，我們先來(lái)復(fù)習(xí)一下基礎(chǔ)知識(shí)。

校準(zhǔn)過(guò)程就是通過(guò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)件測(cè)試系統(tǒng)誤差的過(guò)程，根據(jù)校準(zhǔn)消除誤差項(xiàng)的不同，網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)主要分為頻響校準(zhǔn)和矢量校準(zhǔn)，消除誤差項(xiàng)目的個(gè)數(shù)與測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)誤差模型

圖一為網(wǎng)絡(luò)分析儀反射測(cè)試時(shí)系統(tǒng)誤差的數(shù)學(xué)模型。S11M為網(wǎng)絡(luò)分析儀的實(shí)際測(cè)試值，其中包含各項(xiàng)測(cè)試誤差，具體測(cè)試誤差有：ED、ERT、ES等。儀表校準(zhǔn)目的是通過(guò)計(jì)算消除這些誤差項(xiàng)的影響，得到網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量的真值S11A。為得到ED、ERT、ES，通過(guò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)件完成，由于要確定三項(xiàng)誤差，所以單端口校準(zhǔn)要測(cè)試三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(fù)雜不少了，來(lái)看看其誤差模型的表達(dá)式：

圖二、雙端口校準(zhǔn)誤差模型

雙端口校準(zhǔn)是網(wǎng)絡(luò)分析儀最精確的誤差校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)過(guò)程中需要至少7次連接校準(zhǔn)件，通常測(cè)試中，隔離校準(zhǔn)可以忽略。

基于二端口校準(zhǔn)的誤差模型，二端口校準(zhǔn)后，某一項(xiàng)S參數(shù)結(jié)果的測(cè)試都需要網(wǎng)絡(luò)分儀表進(jìn)行正，反雙向測(cè)試，利用另外三個(gè)S參數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行誤差消除運(yùn)算。

這是被測(cè)件在校準(zhǔn)前后結(jié)果對(duì)比，對(duì)于沒(méi)有校準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果，存在典型的波動(dòng)，它是系統(tǒng)誤差影響的結(jié)果。通過(guò)誤差校準(zhǔn)后，測(cè)試掃跡能更正確反映被測(cè)件性能。

雙端口校準(zhǔn)消除誤差項(xiàng)最多，校準(zhǔn)后儀表測(cè)試精度最高。

不同校準(zhǔn)方法比較：

測(cè)試過(guò)程需要根據(jù)測(cè)試參數(shù)和測(cè)試精度要求選擇不同的相應(yīng)校準(zhǔn)方式：

圖三、不同校準(zhǔn)形式及其應(yīng)用

針對(duì)特殊情形的校準(zhǔn)方式：

上面考慮的都是DUT比較理想的情況，通過(guò)網(wǎng)分自帶的校準(zhǔn)件就可以完成校準(zhǔn)?？梢岳硐肟偸秦S滿(mǎn)的，現(xiàn)實(shí)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(jiàn)而又比較難校準(zhǔn)的DUT的巧辦法：

1、等效轉(zhuǎn)接器互換法校準(zhǔn)

這種方法適用于具有兩個(gè)相同形式而端口極性相同的被測(cè)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(yáng)極性不同的兩個(gè)轉(zhuǎn)接器。

校準(zhǔn)過(guò)程圖解：

等效轉(zhuǎn)接器互換法校準(zhǔn)第一步是在校準(zhǔn)過(guò)程中利用能進(jìn)行直通(Through)校準(zhǔn)的轉(zhuǎn)接器A來(lái)完成傳輸校準(zhǔn)。但該轉(zhuǎn)接器并不能與測(cè)試直接連接。在反射校準(zhǔn)過(guò)程中，將轉(zhuǎn)接器A換為轉(zhuǎn)接器B，這一交換改變了一個(gè)測(cè)試端口的接口極性。

校準(zhǔn)完成后的測(cè)試過(guò)程中，使用能和被測(cè)件直接連接的轉(zhuǎn)接器B，轉(zhuǎn)接器B可以直接和被測(cè)件連接。

如果轉(zhuǎn)接器A和轉(zhuǎn)接器B的電氣性能完全相同，可以認(rèn)為轉(zhuǎn)接器A和轉(zhuǎn)接器B只是外形不同的同一個(gè)轉(zhuǎn)接器。

這種校準(zhǔn)方法的剩余誤差為兩個(gè)轉(zhuǎn)接器之間的性能差異。校準(zhǔn)過(guò)程較簡(jiǎn)單，但不能適用于復(fù)雜非插入器件校準(zhǔn)。

2、轉(zhuǎn)接器移去校準(zhǔn)(英文名：Adapter Removal)

轉(zhuǎn)接器移去校準(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)接器移去校準(zhǔn)需要使用一個(gè)具有和被測(cè)件相同接口方式的轉(zhuǎn)接器，這個(gè)轉(zhuǎn)接器叫做校準(zhǔn)轉(zhuǎn)接器。轉(zhuǎn)接器的電長(zhǎng)度必須小于測(cè)試頻率的四分之一范圍內(nèi)。比如N、3.5mm 和2.4mm校準(zhǔn)件可用，對(duì)于其它轉(zhuǎn)接器，有的儀表商也支持用戶(hù)可以直接輸入其電長(zhǎng)度。

圖五、Adapter Removal 校準(zhǔn)過(guò)程

轉(zhuǎn)接器移去校準(zhǔn)需要進(jìn)行兩次雙端口校準(zhǔn)。第一次校準(zhǔn)中，將直通轉(zhuǎn)接器放在測(cè)試端口2，校準(zhǔn)結(jié)果存入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組中。

第二次校準(zhǔn)，將轉(zhuǎn)接器連接到測(cè)試端口1上，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)用不同文件名也存在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組中。在這個(gè)過(guò)程中，可以使用兩種不同的校準(zhǔn)件。以適應(yīng)具有不同端口類(lèi)型被測(cè)件的要求(比如端口1為N，端口2為SMA)。

兩次雙端口校準(zhǔn)完成后，在儀表轉(zhuǎn)接器移去校準(zhǔn)功能鍵下，根據(jù)提示將兩次校準(zhǔn)文件名輸入儀表，儀表通過(guò)計(jì)算可消除測(cè)量轉(zhuǎn)接器對(duì)測(cè)試影響。

3、TRL校準(zhǔn)

對(duì)于非同軸被測(cè)件進(jìn)行測(cè)試，如;波導(dǎo)和晶片等，TRL校準(zhǔn)是經(jīng)常采用的校準(zhǔn)方法。TRL代表Through，直通;Reflect，反射;Line，傳輸線。采用TRL校準(zhǔn)的原因是因?yàn)樵诜峭S和高頻率條件下，要實(shí)現(xiàn)理想的匹配負(fù)載非常困難。

真正完整的TRL校準(zhǔn)為確定10項(xiàng)未知誤差，需使用4接收機(jī)網(wǎng)絡(luò)分析儀，其中2臺(tái)接收機(jī)用于反射信號(hào)測(cè)試，另兩臺(tái)接收機(jī)完成對(duì)傳輸信號(hào)的測(cè)試。TRL 校準(zhǔn)需進(jìn)行14次測(cè)試。

其它術(shù)語(yǔ)如;LRL，LRM，TRM等只是采用其他校準(zhǔn)件的同一種基本校準(zhǔn)方法。

目前，許多無(wú)源和有源RF器件都采用表面安裝形式(SMT)，首先對(duì)這些器件的測(cè)試，需要使用相應(yīng)測(cè)試夾具。又由于技術(shù)，功率承載和工作環(huán)境或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的不同，這些元件的物理尺寸變化很大，相應(yīng)各種夾具的尺寸和性能變化也很大。

對(duì)夾具測(cè)試需要考慮兩個(gè)因素：

1)、夾具設(shè)計(jì)

夾具應(yīng)具有良好穩(wěn)定的機(jī)械性能。這些夾具往往會(huì)使用在生產(chǎn)線測(cè)試中，夾具需能讓被測(cè)件快速的插入、對(duì)齊和夾緊。對(duì)于RF工作頻段夾具，需考慮阻抗匹配因素，這要求精確設(shè)計(jì)夾具中傳輸線尺寸和空間屏蔽。

2)、夾具校準(zhǔn)

對(duì)夾具的校準(zhǔn)最好采用夾具上校準(zhǔn)，安捷倫網(wǎng)絡(luò)分析儀支持用戶(hù)定義校準(zhǔn)件功能。定義的校準(zhǔn)件要求用戶(hù)能對(duì)校準(zhǔn)的物理特性進(jìn)行表征，并將參數(shù)輸入到儀表內(nèi)部，并作為常用的由用戶(hù)定義的校準(zhǔn)工具。

雖然用來(lái)描述校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)很多，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，只要少數(shù)幾個(gè)參數(shù)需要修改。對(duì)于正確設(shè)計(jì)的PCB夾具而言，只有開(kāi)路標(biāo)準(zhǔn)的邊緣電容和短路的延遲參數(shù)需要表征。