四川綜測科技有限公司
四川綜測科技有限公司
閱讀：3548發(fā)布時間：2022-7-10
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在使用前需要進行校準(zhǔn)，這是的事情，那為什么需要校準(zhǔn)呢？
圖1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀架構(gòu)圖
圖1是一臺雙端口矢網(wǎng)的結(jié)構(gòu)框圖，對于器件的測量來說需要給出的是矢網(wǎng)端口之間的參數(shù)表征，例如S11＝B1/A1，而矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀只能測量b1/a1。矢網(wǎng)的所有測量結(jié)果都是四個接收機之間的比值運算，如何使b1/a1能夠準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為B1/A1，此過程即為校準(zhǔn)。實驗表明矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量精度很大程度上依賴于校準(zhǔn)(精度改善)的過程，經(jīng)過校準(zhǔn)可將矢網(wǎng)的誤差從校準(zhǔn)前的2%~80%轉(zhuǎn)變?yōu)?.1%~2%，因此只有當(dāng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀被準(zhǔn)確地校準(zhǔn)之后，它才是非常精密的測量儀表！
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差模型及校準(zhǔn)分析
系統(tǒng)誤差中的各項誤差都是矢量，一旦其矢量特征(幅度和相位)已知，這些誤差可以通過數(shù)學(xué)運算從原始的測量結(jié)果中減去。
圖2 誤差矢量分析
如果某些被測件(校準(zhǔn)件)的實際特性已知，測量可以得到原始測量結(jié)果，此時可以通過運算得到誤差矢量特征，這個過程稱之為校準(zhǔn)。
1. 誤差來源
網(wǎng)絡(luò)分析儀測試過程中的誤差主要分為三類：系統(tǒng)誤差、隨機誤差和漂移誤差。
系統(tǒng)誤差是由于儀表內(nèi)部測試裝置的不理想引起的。它是可預(yù)知和重復(fù)出現(xiàn)的，一般情況下是不隨時間變化的，從而可以定量進行描述，在測試之前可通過校準(zhǔn)消除系統(tǒng)誤差。
隨機誤差是不可預(yù)知的，因為它以隨機形式存在，會隨時間變化，因此不能通過校準(zhǔn)消除。隨機誤差的主要來源為儀表內(nèi)部噪聲，例如，激勵源的相位噪聲、采樣噪聲、中頻接收機本底噪聲、開關(guān)動作重復(fù)性等。
漂移誤差是儀表校準(zhǔn)后測試裝置性能的漂移。漂移誤差主要是由于溫度變化造成，可通過進一步校準(zhǔn)消除。校準(zhǔn)后儀表能夠保持穩(wěn)定精度的時間長短取決于測量環(huán)境中儀表的漂移速度。
2. 誤差模型
我們可以將測量在的矢網(wǎng)端口與實際矢網(wǎng)測量端口之間的關(guān)系歸結(jié)為若干個誤差因子：
圖3 矢網(wǎng)端口與實際矢網(wǎng)測量端口間關(guān)系
此時在正向和反向激勵模式下，基本誤差模型就可轉(zhuǎn)換成如下常見的誤差網(wǎng)絡(luò)：
圖4 雙端口網(wǎng)絡(luò)測量信號流圖
(上圖：正向；下圖：反向)
如下所示，總共12項誤差因子，那這些誤差因子如何得到呢？
可通過測量一些已知特性的器件，運算得到誤差因子，下面以SOLT校準(zhǔn)為例。
至此，12項誤差矢量特征可*得出。
校準(zhǔn)方式
多年來，行業(yè)內(nèi)進行了多種努力發(fā)展兩端口校準(zhǔn)技術(shù)和相應(yīng)的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件，以用于不同的測量。例如SOLT/LRL(TRL)/LRM/SSST等等。各種校準(zhǔn)方法的比較如下：
1. SOLTSOLT是校準(zhǔn)常用的方法，其需要用到4個校準(zhǔn)件(Open、Short、Load、Through)，進行7次校準(zhǔn)測試操作。其中雙端口的隔離校準(zhǔn)只在測試高隔離(隔離器、開關(guān))、大動態(tài)范圍(濾器)器件時才用到。SOLT校準(zhǔn)方法有以下特點：
當(dāng)然SOLT也有包括OPEN標(biāo)準(zhǔn)件的寄生電容的難以準(zhǔn)確定義；LOAD校準(zhǔn)件的指標(biāo)對校準(zhǔn)的影響較大以及需要的校準(zhǔn)件數(shù)量較多等缺點。
圖5 安立公司機械校準(zhǔn)件系列， DC-110GHz
2. LRL(TRL)
LRL校準(zhǔn)是目前可能達到的精密的校準(zhǔn)方法，傳統(tǒng)的機械校準(zhǔn)的校準(zhǔn)件參數(shù)不容易準(zhǔn)確確定，因為短路件會存在寄生電感，開路件會存在寄生電容。而LRL校準(zhǔn)使用的是傳輸線器件，其參數(shù)更容易被定義，且校準(zhǔn)精度不*由校準(zhǔn)件決定。
當(dāng)微波波長與傳輸線的電長度比例為0,1/2,1,1(1/2)…時其表現(xiàn)出現(xiàn)重復(fù)，因此，LRL標(biāo)準(zhǔn)件中的兩條傳輸線的長度差ΔL與頻率之間的關(guān)系需要符合下面的條件，才能得到較好的校準(zhǔn)結(jié)果：
20<360×??×???÷?????<160因此在寬頻段校準(zhǔn)應(yīng)用中LRL需要多根不同長度的傳輸線。
圖6 安立公司擁有業(yè)界頻率高達67GHz的V型多傳輸線校準(zhǔn)件
3. 電子校準(zhǔn)件
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀除可以使用傳統(tǒng)的機械校準(zhǔn)件進行校準(zhǔn)外，還可以使用電子校準(zhǔn)件(AutoCal)。安立矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀與電子校準(zhǔn)件間的通信控制采用串口接口。與機械校準(zhǔn)件相比，電子校準(zhǔn)件具有以下特點：
總結(jié)
每當(dāng)校準(zhǔn)完成后，可以使用校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)件來檢驗校準(zhǔn)的好壞。例如，使用短路器或開路器，由于標(biāo)準(zhǔn)件有短(開)路面偏置，所以掃頻測量結(jié)果曲線會在史密斯圓圖上形成一段在外圈上的圓弧，使用矢網(wǎng)自動參考面偏置功能，如果將此圓弧收攏至短(開)路點，可以大致判定此校準(zhǔn)是一個好的校準(zhǔn)。
圖7 矢網(wǎng)校準(zhǔn)檢驗
當(dāng)然，也可以使用校準(zhǔn)件中的負載測量回波損耗，如果低于35dB也可以認為校準(zhǔn)是好的。但是注意，安立公司提供的校準(zhǔn)件中有兩個負載，判定時，不要使用校準(zhǔn)用的那個負載。
儀表網(wǎng) 設(shè)計制作，未經(jīng)允許翻錄必究 .? ? ?
請輸入賬號
請輸入密碼
請輸驗證碼