網(wǎng)絡分析儀校準原理及校準方式

要想學會測試, 首先要學會校準，首先，我們還是從校準原理開始吧。

校準原理及校準方式

校準原理

校準原理是對已知參數(shù)的校準器件進行測量，將這些測量結果貯存到分析儀的存儲器內，利用這些數(shù)據(jù)來計算誤差模型。然后，利用誤差模型從后續(xù)測量中去除系統(tǒng)誤差的影響。

校準過程就是通過測試校準件來明確儀表系統(tǒng)誤差的過程。

根據(jù)校準件的不同，校準方式可以分機械校準和電子校準。根據(jù)消除誤差項的不同，機械校準又可分為頻響校準和矢量校準。 其中矢量校準又可以分為單端口、雙端口、多端口以及 TRL 校準。

每種校準方式的校準件數(shù)目、測試的次數(shù)及消除誤差項目的個數(shù)都不相同。 校準的精度從高到低分別為： TRL 校準、電子校準、矢量校準、頻響校準。

1 頻響校準

頻響校準(Response)只測試 1 個校準件， 只用進行 1 次校準測試操作。

反射測試時為全反射校準件，可使用短路校準件(Short)或開路校準件(Open)。一般使用終端短路(Short)更接近理想全反射狀態(tài)。

傳輸測試時，使用直通校準件(Through)。

頻響校準比較簡單， 精度低，只消除頻率響應誤差。頻響校準過程相當于測試歸一化過程。即先將測試結果存入存儲器中得到參考線，然后用被測件測試結果與其比較。這樣可消除參考線中系統(tǒng)誤差影響。

2 矢量校準

矢量校準要求網(wǎng)絡分析儀具有幅度和相位的測試能力，計算誤差項的過程中需要聯(lián)立方程組。矢量校準過程更復雜， 要求測試多個標準件，從而可消除更多的誤差項，保證儀表具有更高的測試精度。

2.1 單端口矢量校準

單端口校準(1-Port Cal)需要用到 3 個校準件（ Open、 Short、 Load），進行 3 次校準測試操作。

當校準端口為儀表的端口 1 時，稱為 S11 單端口校準；

當校準端口為儀表的端口 2 時，稱為 S22單端口校準。

單端口校準可消除被校準端口的 3 項系統(tǒng)誤差(方向性誤差、 源失配誤差、 反射跟蹤誤差)。

2.2 雙端口矢量校準

雙端口校準(2-Port Cal)需要用到 4 個校準件（ Open、 Short、 Load、 Through），進行 7 次校準測

試操作。 其中雙端口的隔離校準只在測試高隔離（隔離器、開關）、大動態(tài)范圍（濾波器）器件時才

用到。

當網(wǎng)絡分析儀用于被測器件的傳輸性能測試時， 就需要對網(wǎng)絡分析儀的測試端口和傳輸連接線進行雙端口校準。 雙端口校準可消除兩個測試端口的全部 12 項系統(tǒng)誤差。

2.3 多端口矢量校準

多端口校準(3-Port Cal 或 4-Port Cal)是雙端口校準的兩兩組合，因此也需要用到 4 個校準件，但校準測試操作會有所增加。

2.4 TRL 校準

TRL 校準也屬于矢量校準，只用于雙端口及多端口校準，但與上面描述的傳統(tǒng)雙端口矢量校準所使用的校準器件及測試方式有所不同。

傳統(tǒng)的機械校準的校準件參數(shù)不容易精確確定，因為短路件會存在寄生電感，開路件會存在寄生電容。而 TRL 校準使用的是傳輸線器件， 其參數(shù)更容易被確立，且校準精度不完全由校準件決定。

TRL 使用三種校準件：直通校準件(Through)、反射校準件(Reflect)、傳輸線校準件(Line)。

3 電子校準

Keysight 系列網(wǎng)絡分析儀除可以使用傳統(tǒng)的機械校準件進行校準外，還可以使用電子校準件（ E-Cal)。

Keysight網(wǎng)絡分析儀與電子校準件間的通信控制采用 USB 接口。

與機械校準件相比，電子校準件具有以下特點：

1、校準過程簡單， 電子校準件只需要和矢網(wǎng)連接一次，即可完成雙端口校準所要求的測試項目。
2、校準速度快， 利用電子校準完成雙端口校準只需要幾秒鐘時間，使整個測試過程的效率大大提高。
3、校準過程中不確定因素少， 由于不需多次的連接過程，所以電子校準受到誤操作影響概率會降低。
4、支持混合端口校準， Keysight 可提供混合端口形式的電子校準件，可保證對許多非插入器件測試的準確性。

什么是網(wǎng)絡分析儀？

網(wǎng)絡分析儀可用于表征射頻（RF）器件。盡管最初只是測量 S參數(shù)，但為了優(yōu)于被測器件，現(xiàn)在的網(wǎng)絡分析儀已經(jīng)高度集成，并且非常先進。

射頻電路需要獨特的測試方法。在高頻內很難直接測量電壓和電流，因此在測量高頻器件時，必須通過它們對射頻信號的響應情況來對其進行表征。網(wǎng)絡分析儀可將已知信號發(fā)送到器件、然后對輸入信號和輸出信號進行定比測量，以此來實現(xiàn)對器件的表征。

早期的網(wǎng)絡分析儀只測量幅度。這些標量網(wǎng)絡分析儀可以測量回波損耗、增益、駐波比，以及執(zhí)行其他一些基于幅度的測量?，F(xiàn)如今，大多數(shù)網(wǎng)絡分析儀都是矢量網(wǎng)絡分析儀——可以同時測量幅度和相位。矢量網(wǎng)絡分析儀是用途極廣的一類儀器，它們可以表征 S 參數(shù)、匹配復數(shù)阻抗、以及進行時域測量等。

對矢量網(wǎng)絡分析儀進行大功率器件測量的設置進行校準有其特殊的難度。對測量裝置進行改動并加入預放大器會使校準件工作在壓縮區(qū)域，甚至會損壞校準件; 在測量裝置中增加衰減器提高了測量系統(tǒng)處理大功率信號的能力，但是同時也導致校準結果會產(chǎn)生一定的噪聲。

把預放大器從測量系統(tǒng)中拿掉之后，或者在增加了激勵源衰減器的衰減量之后再對系統(tǒng)進行校準或許會有利于避免有可能出現(xiàn)的對校準件造成損壞的現(xiàn)象，但是這同時也會導致校準結果的噪聲會比較大。如果預放大器和各個衰減器的位置是在射頻激勵源和參考耦合器之間的話，那么，在進行完網(wǎng)絡分析儀的校準之后，再把預放大器加入到測量系統(tǒng)之中，或者改變衰減器的衰減量都不會對 S 參數(shù)和功率測量結果的精度造成影響，這是因為網(wǎng)絡分析儀的校準是 8 項誤差校準。不過，激勵源的功率精度會受到影響。

如果在DUT 和 矢量網(wǎng)絡分析儀的測量端口之間加入了阻抗調諧器，那么在進行網(wǎng)絡分析儀校準之前必須先要把阻抗調諧器從測量系統(tǒng)中拿掉。阻抗調諧器所帶來的影響需要使用其它的運行于網(wǎng)絡分析儀之外的應用軟件對阻抗調諧器的特性予以 表征，然后用去嵌入的方法把阻抗調諧器的影響從測量結果中去除，最后再自動進行負載牽引的測量。

網(wǎng)絡分析儀原理框圖

網(wǎng)絡分析儀原理框圖

上圖所示為網(wǎng)絡分析儀內部組成框圖。為完成被測件傳輸/反射特性測試，網(wǎng)絡分析儀包含：

1、激勵信號源 -  提供被測件激勵輸入信號。

2、信號分離裝置 - 含功分器和定向耦合器件，分別提取被測試件輸入和反射信號。

3、接收機 - 對被測件的反射,傳輸,輸入信號進行測試。通過R1來分析port1輸入信號的功率，通過R2來分析port2輸入信號的功率。A分析port1反射信號功率和port2輸出信號功率，B分析port2反射信號功率和port1輸出信號功率。

4、處理顯示單元 - 對測試結果進行處理和顯示。

傳輸特性是被測件輸出與輸入激勵的相對比值，網(wǎng)絡分析儀要完成該項測試，需分別得到被測件輸入激勵信號和輸出信號信息。

反射特性是被測件反射與輸入激勵的相對比值，網(wǎng)絡分析儀要完成該項測試，需分別得到被測件輸入激勵信號和測試端口反射信號。