淺談矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)方法

吳思燕

【摘要】 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在射頻和微波電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，這也使得矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)方法廣泛受到重視，本文通過介紹矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作原理，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差的修正類型以及目前矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀所使用的校準(zhǔn)方法，最后得出矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀質(zhì)量的評估，進(jìn)一步提高矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量的準(zhǔn)確度。

【關(guān)鍵詞】 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 工作原理 校準(zhǔn)技術(shù)

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的構(gòu)造融合了現(xiàn)代微波技術(shù)、電子技術(shù)以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的技術(shù)。這使得矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量速度、測量精度都得到一定程度上的提高，使其逐漸向智能化發(fā)展，但是它自身還存在一定的問題，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在對微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行測量時(shí)容易出現(xiàn)系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差以及漂移誤差。

因此我們要提高矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量精度，在測量的過程中正確實(shí)施校準(zhǔn)技術(shù)。

一、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作原理

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀主要應(yīng)用在射頻和微波電路設(shè)計(jì)中，用于測量器件或者網(wǎng)絡(luò)的反射特性和運(yùn)輸特性。它由四部分組成，分別是信號源、S 參數(shù)測試裝置、幅相接收機(jī)和顯示。它的工作原理由圖1所示。

由合成信號源產(chǎn)生掃頻信號，掃頻信號S 參數(shù)測試裝置用于分離被測件的入射信號 R、反射信號 A 和傳輸信號 B，掃頻信號那能夠與幅相接收機(jī)中心頻率實(shí)現(xiàn)同步。幅相接收機(jī)將射頻信號轉(zhuǎn)換成頻率固定的中頻信號，并能夠真實(shí)的監(jiān)測出網(wǎng)絡(luò)的幅度特性以及相位特性，還能夠有效的保證信號幅度信息以及相位信息不丟失，因此矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以通過使用系統(tǒng)鎖相技術(shù)，將測量結(jié)果以各種方式進(jìn)行顯示。

二、 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差修正的類型

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差修正的類型可以分為響應(yīng)修正以及矢量修正兩種。

響應(yīng)修正校準(zhǔn)的執(zhí)行方式比較單一， 執(zhí)行的過程也比較簡單，職能修正矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀12項(xiàng)指標(biāo)中的反射和傳輸跟蹤的誤差，不能解決其他10項(xiàng)的誤差問題。并且響應(yīng)修正的修正軌跡會(huì)儲(chǔ)存在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部的儲(chǔ)存器中，并且這組數(shù)據(jù)還會(huì)轉(zhuǎn)化成歸一化的測量數(shù)據(jù)。

矢量修正誤差能夠徹底有效的消除系統(tǒng)誤差，這種誤差的修正方法必須已知一個(gè)能測量相位和幅度的網(wǎng)絡(luò)分析儀以及一套電氣特性的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。矢量修正誤差是通過對已知校準(zhǔn)件進(jìn)行測量，并將這些測量成果的信息儲(chǔ)存到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部儲(chǔ)存器中，并利用這些測量的結(jié)果和誤差模型，在后續(xù)的測量中消除矢量網(wǎng)絡(luò)分析誤差的影響。整個(gè)校準(zhǔn)的過程充分考慮了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差數(shù)值，并且校準(zhǔn)的方法十分的精確，但是與相應(yīng)修正方法相比步驟更為復(fù)雜，因?yàn)槭噶啃拚`差的形式分別是單端口校準(zhǔn)和全二端口校準(zhǔn)。

三、矢網(wǎng)常用的校準(zhǔn)方法

3.1 OSL校準(zhǔn)方法

OSL校準(zhǔn)技術(shù)是一種傳統(tǒng)得校準(zhǔn)技術(shù)，應(yīng)用范圍很廣，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀單端口進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)它主要利用兩個(gè)有高反射系數(shù)特性的標(biāo)準(zhǔn)件，通過與短路器、開路器以及極低反射的終端形成的OSL校準(zhǔn)技術(shù)（Open Short Load），它主要應(yīng)用于高頻微波段，在高頻微波段的校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性非常高，有事也應(yīng)用于固定終端場所中的滑動(dòng)終端。在二端口校準(zhǔn)過程中，可以直接進(jìn)行連接兩測試端口的直通測量。

3.2 TSD校準(zhǔn)方法

TSD校準(zhǔn)方法（Thru-Short-Delay）也提供一套詳盡的，非迭代的校準(zhǔn)方法。與OSL校準(zhǔn)方法相比，TSD校準(zhǔn)方法可以在無性連接頭情況下使用兩種簡單的器件就可以完全說明誤差兩端口模型，并進(jìn)行雙端口校準(zhǔn)。TSD校準(zhǔn)方法的校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)十分的簡單，并不使用活動(dòng)部件，并且TSD校準(zhǔn)方法并不重視測量端口出現(xiàn)失配情況或者獨(dú)立校準(zhǔn)設(shè)備所引起的響應(yīng)畸變。

在使用TSD校準(zhǔn)方法的過程中，可以使用單個(gè)虛構(gòu)兩端口網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測誤差的端口參數(shù)，可以利用這兩個(gè)端口的參數(shù)得出兩端口誤差的參數(shù)獨(dú)立封閉表達(dá)式，并利用所得結(jié)果非校準(zhǔn)測量結(jié)果的參數(shù)進(jìn)行校對，因此使用TSD校準(zhǔn)的方法進(jìn)行矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)必須參考匹配的數(shù)值。

3.3 LRL校準(zhǔn)方法

LRL校準(zhǔn)方法（Line Reflect Line）在本質(zhì)上是TSD校準(zhǔn)方法的一種拓展，LRL校準(zhǔn)方法的優(yōu)點(diǎn)是對任何形式的連接頭，或者二端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)都能準(zhǔn)確測量，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)。但是LRL校準(zhǔn)方法一般用來測試端口連接器相配接頭的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)，不能應(yīng)用于無性連接頭的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)。

在使用LRL校準(zhǔn)方法進(jìn)行校準(zhǔn)的技術(shù)時(shí)，需要使用相配套軟件系統(tǒng)，還要加上兩個(gè)適配器同時(shí)進(jìn)行測量，LRL校準(zhǔn)方法可以與測試適配器進(jìn)行校對解決任何接頭類型的設(shè)備的誤差問題。

四、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀質(zhì)量的評估

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀評估質(zhì)量的重要方法是校驗(yàn)，校驗(yàn)通過使用s參數(shù)測試裝裝置以及已知的一些器件，作為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀評估質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。對析矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量校驗(yàn)件的測量值以及校驗(yàn)件標(biāo)的誤差程度來對校準(zhǔn)件和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的性能質(zhì)進(jìn)行評估，一般會(huì)使用有50或者20的歐姆空氣線、20dB固定衰減器以及40dB固定衰減器。但是考慮到影響矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差的因素有很多，通過一次校準(zhǔn)很難達(dá)到預(yù)期的效果。

從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀評估質(zhì)量的本質(zhì)上講，每一次校準(zhǔn)都需要較長時(shí)間，為了控制證矢網(wǎng)的測量精度，在沒有任何校驗(yàn)件的情況下可以對比原來的數(shù)據(jù)和校對之后數(shù)據(jù)通過兩次校對的效果來確定矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)狀態(tài)，要保證兩次測量的結(jié)果真實(shí)有效，對比兩組數(shù)據(jù)如果矢網(wǎng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明校準(zhǔn)的結(jié)果還是有效的，反之，就應(yīng)當(dāng)查明原因，確保被測網(wǎng)絡(luò)的測量結(jié)果的有效性。

五、結(jié)束語

總而言之，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的精度是實(shí)際操作中必須解決的問題，通過被測件指標(biāo)要求的實(shí)際情況以及未知被測網(wǎng)絡(luò)的特性，對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀存在的誤差進(jìn)行充分考慮，并綜合矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試指標(biāo)，以及在校準(zhǔn)過程中應(yīng)注意的問題。

選擇正確的校準(zhǔn)方法解決矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的精度誤差問題，進(jìn)而不僅能滿足測量精度要求，還能夠提高矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量效率的目的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉冬冬.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)項(xiàng)目探討[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2011，03：52-53.

[2]劉宏.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)方法[J].電子質(zhì)量，2011，07：71-72.

[3]趙偉，趙永久，袁春花，秦紅波，強(qiáng)力.一種基于10項(xiàng)誤差模型的二端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)方法[J].電子學(xué)報(bào)，2011，10：2469-2472.