網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差、校準(zhǔn)和應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差、校準(zhǔn)和應(yīng)用理解矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀不確定度的來源有助于你采取行之有效的用戶校準(zhǔn)方法。對于下圖所示的完整的雙端口網(wǎng)絡(luò)分析儀結(jié)構(gòu)，我們從前向開始分析。圖完整的兩端口網(wǎng)絡(luò)分析儀源的不確定性首先，第一個(gè)不確定性是傳輸信號和反射信號由于在頻率上或者分別正，反向的軌道導(dǎo)致的信號丟失。其次，DUT的輸入阻抗和網(wǎng)絡(luò)分析儀或系統(tǒng)阻抗的差異。同樣，DUT輸出端也存在類似情況，它們分別屬于源匹配和負(fù)載匹配。用于信號分離的定向耦合器的效率，也需要考慮。理想的定向耦合器在耦合臂產(chǎn)生輸出信號，它是與主臂一個(gè)方向上的標(biāo)準(zhǔn)信號成比例，而相反方向的信號不產(chǎn)生輸出信號。耦合器輸出(耦合臂)和標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(直通臂)的區(qū)別是耦合系數(shù)。耦合系數(shù)通常在10分貝到30分貝之間，意味著當(dāng)輸入信號以適當(dāng)方向通過直通臂時(shí)，輸出RF功率電平比其小10到30分貝。定向耦合器對于反方向的信號不產(chǎn)生輸出。但實(shí)際上，這是很難實(shí)現(xiàn)的。盡管是很小的，反方向的信號通過實(shí)際的耦合器仍然會(huì)在輸出端產(chǎn)生不必要的響應(yīng)。這種不需要的信號定義為耦合器泄露。耦合系數(shù)與耦合泄露的差別稱為耦合器的定向性。最后是隔離。端口2的接收器檢測到端口1輻射或傳導(dǎo)的少量的信號，在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀，這種不必要的泄露通常很小?？偟膩碚f，不影響測量，除非DUT有很高的損失。盡管推薦，在許多現(xiàn)代矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中。隔離在校準(zhǔn)中只是一種可選的操作。一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)分析儀正向不確定性的來源包括：傳輸和反射追蹤;負(fù)載和源匹配;定向性和隔離，這些再結(jié)合反向6個(gè)誤差項(xiàng)，共有12誤差項(xiàng)。用戶校準(zhǔn)需要充分考慮這12個(gè)誤差，以便得到適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)來用到測量數(shù)據(jù)當(dāng)中。這項(xiàng)修正是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的顯著的精度的主要原因。網(wǎng)絡(luò)分析的校準(zhǔn)RF設(shè)備的校準(zhǔn)經(jīng)常需要把儀器周期性的送到一個(gè)經(jīng)過認(rèn)定的儀器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室來進(jìn)行以確保該儀器運(yùn)行在生產(chǎn)商的說明以內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室也往往把儀器的性能調(diào)整到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，比如說國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院所指定的標(biāo)準(zhǔn)。(NIST)。網(wǎng)絡(luò)分析儀也不例外。它們太需要周期性的校準(zhǔn)，以至于有時(shí)達(dá)不到高的精準(zhǔn)度，用戶的校準(zhǔn)也經(jīng)常被需要。網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)通常通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析儀的套包的一系列校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)或者是用戶制定，用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)來完成。一系列的修正參數(shù)通過比較已經(jīng)知道的存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)和根據(jù)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生了出來。在校準(zhǔn)測試中這些就被用在數(shù)據(jù)中以補(bǔ)償在前面章節(jié)討論過的錯(cuò)誤源。許多因素決定著用戶校準(zhǔn)需要多久進(jìn)行一次。你需要考慮的因素包括需要的測試精度，環(huán)境因素，以及DUT連接的可重復(fù)性。通常情況下，網(wǎng)絡(luò)分析儀每幾個(gè)小時(shí)或每幾天需要一次用戶校準(zhǔn)，你應(yīng)當(dāng)根據(jù)核實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，測試不穩(wěn)定因素來源的認(rèn)定，以及個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來決定多久才需要進(jìn)行校準(zhǔn)。需要說明一點(diǎn)，本次討論用周期校準(zhǔn)來描述用戶校準(zhǔn)，不要與推薦的每年經(jīng)過認(rèn)定的工廠校準(zhǔn)相混淆。三個(gè)系列的校準(zhǔn)經(jīng)常用在網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)當(dāng)中：1.短路的，開路的，負(fù)荷的，直達(dá)的(SOLT)2.直達(dá)的，反射的，線性的(TRL)3.使用外部自動(dòng)化的校準(zhǔn)模型的自動(dòng)校準(zhǔn)由于每一個(gè)系列的校準(zhǔn)都有很多不同的要求，需要根據(jù)DUT，測試系統(tǒng)，以及測試要求來決定使用哪一種方法。由于SOLT被廣泛地使用，我們用它來說明一個(gè)校準(zhǔn)系列中的變化。SOLT要求在系統(tǒng)(和DUT)以及阻抗中采用短路的，開路的，負(fù)荷型的，直通的的標(biāo)準(zhǔn)。由他們的機(jī)械上的特點(diǎn)所決定的精準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)在校準(zhǔn)之前被載入到網(wǎng)絡(luò)分析器中。你連接校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的位置(網(wǎng)絡(luò)分析儀端口，線纜的末端，或者在測試的固定裝置里面)就是測試時(shí)開始和結(jié)束的地方。這就是參考平臺(tái)或者是測試平臺(tái)。進(jìn)一步說明，你必須用一個(gè)可插入的連接制作一個(gè)直通的連接。舉個(gè)例子，一個(gè)公口對母口的連接，或者其他不需要外部設(shè)備或轉(zhuǎn)接器的連接來完成在SOLT測試期間的直通連接。在校準(zhǔn)期間插入任何器件以及不在校準(zhǔn)測量中使用該器件都會(huì)導(dǎo)致測量錯(cuò)誤。如果你不能做一個(gè)直通的連接，將會(huì)被稱為不可插入的。這里有幾種方法可以用來處理不可插入的情況。，最簡單的是使用一套相位相同的(包括在大多數(shù)的校準(zhǔn)套包中)轉(zhuǎn)接器以及每種類型的短路，開路，負(fù)載,在校準(zhǔn)過程中使用一個(gè)轉(zhuǎn)接器來完成直通的連接，而且在校準(zhǔn)測試過程中為了DUT連接用一個(gè)合適的轉(zhuǎn)接器與其交換。其他校準(zhǔn)在SOLT系列的校準(zhǔn)包括響應(yīng)型校準(zhǔn)。它比較迅速，但是卻沒有移除在頻率上的帶寬損失那樣精確。它只考慮了在12錯(cuò)誤模型的正反向的情況。你可以通過放置短路，開路，負(fù)載的情況在端口一來進(jìn)行一個(gè)端口的校準(zhǔn)。這樣可以節(jié)省一些時(shí)間，如果你只要進(jìn)行一個(gè)端口測量的話，比如一個(gè)天線的回傳損失。一個(gè)加強(qiáng)的一個(gè)端口校準(zhǔn)如同一個(gè)完全的一端口校準(zhǔn)，而且使用直通的連接來測量端口二，這在端口二沒有源的T/R結(jié)構(gòu)中很普遍。最終這里有按照校準(zhǔn)規(guī)定的可以在兩個(gè)端口都放置短路，開路，負(fù)載的完全雙端口SOLT校準(zhǔn)。SOLT和TRL校準(zhǔn)有很多變化，你可以在實(shí)際端子不存在比如探針節(jié)點(diǎn)或者如果DUT是在一個(gè)測試固定物中的應(yīng)用中使用TRL校準(zhǔn)。因?yàn)門RL并不需要負(fù)載，在這些情況下他可以得到很好的實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)化校準(zhǔn)是一種比較新的途徑，由于它們的速度，可重復(fù)性，簡單易用很快已經(jīng)獲得了流行。更進(jìn)一步，它們?nèi)コ舜蠖鄶?shù)的人工干預(yù)，從而極大地減少了在校準(zhǔn)期間誤操作的概率。這些單元傳統(tǒng)上包括一個(gè)電子元件，比如二極管，終端或者其他的標(biāo)志物以及在EEPROM上存儲(chǔ)的經(jīng)過編碼的相關(guān)的細(xì)節(jié)化的電子描述信息。當(dāng)連接到了網(wǎng)絡(luò)分析器上以后，自動(dòng)校準(zhǔn)就會(huì)被設(shè)置到不同的狀態(tài)。在校準(zhǔn)過程中這些狀態(tài)被測量并和EEPROM中存儲(chǔ)的相關(guān)狀態(tài)相比較，以達(dá)到正確的修正值。

無論你采用了哪一種校準(zhǔn)方法，隨機(jī)的錯(cuò)誤發(fā)生來源都應(yīng)當(dāng)予以避免，減少IF帶寬，使用平均值減少噪音，提供更好的結(jié)果。當(dāng)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的時(shí)候，高質(zhì)量的組成部分，鞏固的測量實(shí)踐，以及一個(gè)關(guān)于校準(zhǔn)步驟和儀器的全面理解是同等重要的。網(wǎng)絡(luò)分析的基本原理工序要求當(dāng)用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行精確測量時(shí)，需要理解和正確執(zhí)行每個(gè)步驟以便得到得到最佳結(jié)果。使用高性能的元件和全面的測量實(shí)踐?？紤]一臺(tái)經(jīng)過良好校準(zhǔn)的并提供校正參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)分析儀和一臺(tái)要求精確測量的高性能DUT之間RF連接：是否有電纜，適配器，和其它高性能的組成部分?你是否適當(dāng)?shù)厍鍧嵙怂麄兪欠袷褂昧撕线m的轉(zhuǎn)矩?如果連接到DUT的RF的性能與規(guī)定的系統(tǒng)精度不相符，即使最好的網(wǎng)絡(luò)分析儀也是沒有作用的。當(dāng)使用網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)，使用工序是非常有用的。工序可以增強(qiáng)操作并改善結(jié)果。下面是一個(gè)使用網(wǎng)絡(luò)分析儀的例子架構(gòu)。準(zhǔn)備準(zhǔn)備網(wǎng)絡(luò)分析儀和DUT清潔，檢查和測量所有連接器如果使用SOLT校準(zhǔn)，選擇一種處理非插入式連接的方法連接分析儀的電纜和適配器到分析儀上操作預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)定源參數(shù)，包括頻率，功率，速度系數(shù)和IF帶寬連接DUT，驗(yàn)證安裝，電纜，適配器和運(yùn)行選擇S-參數(shù)測量和顯示格式若可以，設(shè)定特殊的測量目標(biāo)，如參考平面的擴(kuò)展觀察響應(yīng)移除DUT校準(zhǔn)選擇適當(dāng)?shù)男?zhǔn)工具包或定義輸入校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置IF帶寬并平均以最小化校準(zhǔn)期間的噪聲手動(dòng)校正或使用自動(dòng)校準(zhǔn)采用熟知的核查標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證校準(zhǔn)質(zhì)量保存儀器狀態(tài)和校準(zhǔn)執(zhí)行連接DUT從校準(zhǔn)步驟