矢量网络分析仪的校准技术
VNA使用方法-矢量网络分析仪校
VNA使用方法:矢量网络分析仪校
是不是每次测量一个新的项目前都必须做校准?
这个是不一定需要的，尽量将每次校准的state存入VNA，名字最好为校准状态，例如频率范围，输入激励功率等。
如果有新的测试项目，但是它的测试条件和已有状态相似，且load state后，检查校准状态良好，就可用使用以前的校准状态，而不需要重新校准。
将校准state保存并调用的好处在于：CalibraTIon Kit也是有使用寿命的，多次的校准，会是的校准件多次和校准电缆接触，可能污染校准件，使得校准件特性发生改变，影响下一次校准。
尽量养成如下习惯：将网络分析仪的port不用的时候加上防尘套;对测试电缆进行标号，使得VNA每个port尽可能固定连接某个电缆;对测试电缆不用时，也需要加上防尘套;尽量不用很脏的测试电缆等。
矢量网络分析仪的误差分析和处理
矢量网络分析仪的误差分析和处理一、矢量网络分析仪的误差来源矢量网络分析仪的测量的误差主要有漂移误差、随机误差、系统误差这三大种类。
1、漂移误差漂移误差是由于进行校准之后仪器或测试系统性能发生变化所引起，主要由测试装置内部互连电缆的热膨胀特性以及微波变频器的变换稳定性引起,且可以通过重新校准来消除.校准维持精确的时间范围取决于在测试环境下测试系统所经受到的漂移速率。
通常,提供稳定的环境温度便能将漂移减至最小。
2、随机误差随机误差是不可预测的且不能通过误差予以消除，然而，有若干可以将其对测量精度的影响减至最小的方法，以下是随机误差的三个主要来源：（1）仪器噪声误差噪声是分析仪元件中产生的不希望的电扰动。
这些扰动包括：接收机的宽带本底噪声引起的低电平噪声；测试装置内部本振源的本底噪声和相位噪声引起的高电平噪声或迹线数据抖动。
可以通过采取以下一种或多种措施来减小噪声误差:提高馈至被测装置的源功率；减小中频带宽；应用多次测量扫描平均.1（2）开关重复性误差分析仪中使用了用来转换源衰减器设置的机械射频开关。
有时，机械射频开关动作时，触点的闭合不同于其上次动作的闭合。
在分析仪内部出现这种情况时,便会严重影响测量的精度。
在关键性测量期间，避免转换衰减器设置，可以减小开关重复性误差的影响。
(3）连接器重复性误差连接器的磨损会改变电性能。
可以通过实施良好的连接器维护方法来减小连接器的重复性误差。
3、系统误差系统误差是由分析仪和测试装置中的不完善性所引起。
系统误差是重复误差（因而可预测），且假定不随时间变化，可以在校准过程中加以确定，且可以在测量期间用数学方法减小。
系统误差决不能完全消除，由于校准过程的局限性而总是存在某些残余误差，残余(测量校准后的）系统误差来自下列因素：校准标准的不完善性、连接器界面、互连电缆、仪表.反射测量产生下列三项系统误差：方向性、源匹配、频率响应反射跟踪。
传输测量产生下列三项系统误差：隔离、负载匹配、频率响应传输跟踪。
矢量网络分析仪的误差修正
负载匹配数值愈大 ， 误差愈小。负载匹配带来 的误差 既影 响传输测量 也影 响反射测量 ， 误差的大小取决于被测件 的输 出端 和接 收机端 口的
源 匹配是 由于测试装置和信号 源之间以及转接器 和电缆之间负 载不匹配而出现在接 收机输入端 口的信号矢量和。在反射测量 中， 源 匹配误差信号是 由被测件反射 的部分信 号经信号源反射 回被测件再 由被测件反射的信号 。在传输测量中 ， 源匹配误差信号是 由测试装置 反射到信号源再 由信号源反射 回来的信号 。 源匹配愈大 ， 差愈小 。 误 由 源匹配引起的误差取决于测试装置输入阻抗 和信号源之间 的匹配 。 测
科技信 ＹＩＦ Ｒ ＴＯ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ ＯＬ Ｇ Ｎ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ
２１ ０ ０年
第１ ３期
矢量网络分析仪的误差修正
张 文 涛
（ 中国电子 科技 集 团公 司 第 四十 一研 究所 山东
【 摘
青岛
２６ ５ ） ６ ５ ５
要】 矢量网络分析仪具有强大的测试功能， 由于硬件能做到的程度以及试 用方法的不 同， 但 会给 实际测量带来不确 定的误差 ， 本文主
要 从 误 差 来 源 、 准 方 式 、 准 件 类 型 讨 论 了如何 取 得 最 大测 试 准 确 度 的 问 题 。 校 校
【 关键词】 测量误差 ； 误差修正 ； 校准件
０ 前 言
矢量 网络分析仪具有 强大的测试功能 ， 但是矢量 网络分析仪 的硬 阻抗 匹 配 。 件不可能是完美无缺的 ， 因此在使用过程 中往往通过误差修正技术 以 ２１ ．． 隔离 ４ 补偿硬件的不完美 ， 高矢量 网络分析仪的测量精度 。 提 如 同方 向性在反射测量中带来 的误差 ， 网络分析仪信号传输通道 间的能量泄露也给传输测量 带来误差 。 隔离是 由于参考和测试通道信 １ 测 量 误 差 的 来 源 号之 间的干扰而出现在分析仪数字检波器处的信号的矢量和 ， 包括测 矢量网络分析仪 的测量误差基本可以分为系统误差 、 随机误差和 试装置 内的信号泄漏和接 收机 的 Ｒ Ｆ和 Ｉ 部分 的信号泄漏。 Ｆ 漂移误差三大类。 隔离带来的误差 取决 于被测件 的特性。 隔离会 给高损传输测量带 １１ 系 统误 差 ． 来误差 ， 但对大多数测量来说 ， 隔离影响是很小的 ， 因而无须修正。 系统误差 ， 即由于被测 件的不匹配和泄 漏、 测试通道和参考 通道 ２１ 频率响应 ．． ５ 的隔离 、 系统频率响应造成 的重复性误差 ， 些误差是可 以通过 校准 这 频率响应是所 有测试装置 的幅度 和相位随频率变化而 变化的矢 消除的 ， 校准后 的指标反 映了矢量网络分析仪 的测量精度 ， 主要 由校 量和。 这些变化包括信号分离器件 、 测试电缆、 转接器 以及参考通道和 准标准件的性 能和所采用的误差修正模式决定 。 测试通道之间的变化 。频率响应包括传输 响应和反射响应 ， 既影响传 １２ 随机误差 ． 输测量也影 响反射测量 。 随机误 差是不可重复 的误差 项 ， 如测试信号 源的相位噪声 、 量 测 如上所述 ， 矢量 网络分析仪的系统误差包括方 向性 、 源匹配 、 负载 过程中或校准过程 中连接端 口的测量重复性和 开关 重复性等都属 于 匹配 、 隔离 、 传输跟踪和反射 跟踪 ， 每种误差 又包 括正向和反 向两种 ， 随机误差 ， 在测试仪器中减小 随机误差 的最有效方法是对测试数据进 因此矢量 网络分析仪共包括 １ ２种系统误差 。系统误差 的修正就是针 行平 均 或 平 滑 处 理 。 对以上 １ ２项误差项进行去除误差 。 １３ 漂移误差 ． ２ 误 差 修 正 技 术 分 类 ． ２ 漂移误差包括频漂、 温漂和测试装置校准和测量 中的其他物理变 常用 的误差修正包括响应 校准 、响应与 隔离校准 、单端 口校准 、 化， 测量稳定性主要来 源于漂移误差 ， 由矢量网络分析仪的初始指标 、 Ｔ Ｌ校准和全二端 口校准 ， Ｒ 其校准精度 由低到高分别为 ： 校准标准件的性能和误差修正模式决定。 响应校准 ： 有效去除传输测量和反射测量 中测试装置的频率响应 误差 。响应校准是最简单的一项校准 ， 适用于对精度要求不是很高的 ２ 矢 量 网络 分 析仪 的误 差 修 正 测量 。 在实际测量 中， 系统误差是测量不确定 性的最重要来源 ， 系统误 响应和隔离校准 ： 在传输测量 中， 有效去除频响和隔离误差 ； 在反 差能够被量化出来 ， 因而能够被修正从而消除对测试 结果的影响。为 射测量 中， 能有效去除频率 响应和方向性误差。 用于高损耗 、 适 匹配 良 准确修正矢量 网络 分析仪的系统误差 ，把 系统误差具体归 为以下几 好的器件的测量。 类： 方向性、 源匹配 、 负载匹配 、 隔离和频率 响应 。 单端 口校准 ： 去除反射测量 中的方向性、 源匹配和频响误差。 测单 ２１ 系统 误 差 分 类 ． 端 口器件或接适 当终端 的双端 口器件的反射参数 时精度很高。 ２１ 方 向性 ．． １ Ｔ Ｌ校准 ： Ｒ 修正双端 口器件 四个 ｓ 数。因为分析仪的硬件无 法 参 在分析仪 中，定 向耦合 器的作用是从正 向传输 波 中分离 出反 向 完全修正源匹配和负载 匹配误差 ， 因而精 度较全二端 口校准低。 波， 它用来检测来 自被测件的反射信号 。 理想情况下 ， 定向耦合器能够 全二端 口校准 ： 对双 端 口器件的传输 和反 射测量 ， 能够修正正 反 完全地从入射信号 中分离反 射信号 ，只有反射信 号出现在耦合输 出 两向的方向性 、 匹配 、 源 负载匹配、 隔离和频 响误 差。给出最 高的幅值 端。 然而实 际的耦合器不可能是 理想 的， 由于泄漏 ， 少量的人射信号会 和 相位 精 度 。 出现在耦合输 出端。衡量定 向耦合器 的性能指标就是方 向性 ， 由方 向 通 常情况下校准精度越高 ， 校准后 系统越稳定 。 性引起 的误差与测试装置的特性无关 ，对于反射较小的器件测量 ， 方 ３ 矢 量 网络 分 析 仪 的 校 准 件 向性 是 主要 的 误 差来 源 。
矢量网络分析仪校准项目探讨
些特 ｌ 生已知 的校准件 进行测量 ， 测量结果 存储 到矢量 并将 网络分析仪 的存储单 元 中， 利用数 据和校准 件的数 学模 型
来计算误差模型 ， 为后续 的测量 消除 系统误差 的影 响。这 个过程也就是我们通常所说的网络分析仪 自校准过程。
差模 型包括 正 向和反 向的上述 ６ 误差 ， １ 系统误 项 共 ２项
差 。系统误 差 是 由测试 设 备 和测 试 装 置 不 完 善 所 引 起
陷都 会产 生测量 误 差 。为 了 降低 这一 系列误 差 ， 矢 网 在
进行 测量 之前 ， 必须对仪器 内部及测试系统进行校准 ， 从而
提高测量精 度。但 是 ， 由于 矢量 网络 分析仪 是一种综 合性
能很强的仪器 ， 在对其计 量校准时过程和操作较繁琐 ， 并且
的， 具有重 复性且不 随 时间变化 而变化 ， 因此 可通过 自校 准并 通过算 法处理予 以消除 。后 两项误 差影 响是不 可预 见 的 ， 以无 法从 测量 误 差 中消 除 。它 们是 由诸 多 因素 所 造成 的 ， ： 如 仪器 系统噪声 、 连接 器 的重 复性 、 温度 变化及
大部分客 户用 Ｖ Ａ测 量 复杂 系统 中使用 元 器 件 的 Ｎ 传输 和反射性 能 。这些 性 能最直 观 明 了的表 征 方式 是 Ｓ
鼬 冬 冬 ： 量 网络 分橱 仪 校 准项 ８探 ｉ 矢 ｔ ．
参数 ， 因此 从实 际角度 出发 ， 并考 虑到传 输 和匹配 等系统
误差 ， 数测 量 准确 度在 Ｖ Ａ的校 准 中是 必 不可 少 的 Ｓ参 Ｎ
展 矢 量 网络 分 析 仪 的 计 量 工作 提 供 了参 考 。 关 键 词 ： 量 网络 分 析 仪 ； 统误 差 ； 确 度 ； 准项 目 矢 系 准 校
矢量网络分析仪校准和验证的常见误区
⽮量⽹络分析仪校准和验证的常见误区为了庆祝这篇⽂章在国家⼯程技术数字图书馆的“中国科学引⽂索引（CSCI）数据库”中已被引⽤5次。
特在此公众号中再版。
由于⼿机阅读属于“碎⽚阅读”，所以要精简，甚⾄能写出《三⾔⼆拍》的感觉，于是就有了尤⽼师和⼥神的对话。
在讲校准之前，先介绍⼀下⽹络分析仪的“系统误差模型”。
如果你去看各种论⽂或书籍，都喜欢给你下⾯这张图，然后列⼀⼤堆公式，先把你搞晕，这个是传统的10项误差模型。
也有⽂献叫12项误差模型，包含了2个isolation误差项，但是现代⽹分基本做得很好了，这个项可以忽略，故⼤部分都讲10项误差模型。
我们这是碎⽚时间阅读材料，就不讲这些复杂的⽅程组了！我们就来看看下图的简化结构和误差模型吧，我们以测S21为例，实际测的是b2和a1的功率⽐b2-a1（为了⽅便，这⾥功率统⼀采⽤对数单位dBm），但是在图中可以看到，b2和a1是不能直接测到的，必须通过功分器在1端⼝的参考接收机通道测出a1’，然后在2端⼝的测量接收机通道测出b2’，因此（（b2’-a1’）和（b2-a1）之间的差值，我们就定义为系统误差。
所谓校准，就是测量⼀组已知器件（即校准件或称标准件），根据仪器接收机实际测试的结果和已知校准件的特性⽐较，联列⽅程组，解出上述的误差项eij，从⽽为后续的测量提供修正。
这⾥需要对校准件做进⼀步说明，在同轴系统中，校准件通常是开路、短路、匹配和直通，但是由于现实中⽆法实现理想的开路、短路、匹配和直通，因此需要正确的标定校准件的“特征数据(characteristicdata)”，例如开路应该表征为⼀个寄⽣电容和⼀段传输线；短路表征为寄⽣电感和⼀段传输线，匹配⼀般表征为⼀个理想50欧姆，现代⽹络分析仪也可以对匹配的不理想性进⾏表征。
如下图所⽰。
⼀般在校准件的附带的存储设备⾥⾯，都以⽂件形式定义，现在⾼端的校准件⼀般都会配备⼀个优盘，⾥⾯存着这套校准件的特征数据（⼀般每套校准件都有⾃⼰的序列号），严格讲每套校准件要和⾃⼰配套的特征数据配合使⽤。
vna校准的原理
vna校准的原理矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer，VNA）是一种用于测量和分析微波和射频信号的仪器。
VNA的准确性和可靠性对于高频电子设备的设计、制造和维护具有重要意义。
而VNA校准则是确保VNA测量结果的准确性和可重复性的关键步骤之一。
VNA校准的原理是基于对仪器的内部参考平面和外部加载网络的测量和比对。
校准过程主要分为以下几个步骤：首先，VNA进行内部参考平面的校准。
内部参考平面是VNA的内部标准，用于将待测器件与VNA进行匹配。
常见的内部参考平面有标准开路、短路和负载。
通过连接这些参考标准，VNA可以确定其内部参考平面上的反射系数，并根据反射系数对测量结果进行修正。
其次，VNA进行外部加载网络的校准。
外部加载网络是指用于校准待测器件的网络，可以是阻抗匹配器、衰减器等。
校准前，VNA会对加载网络进行测量，获取其响应参数，例如反射系数或传输系数。
然后，VNA根据加载网络的响应参数对测量结果进行修正，以消除外部加载网络对测量结果的影响。
最后，VNA进行待测器件的测量。
在进行待测器件的测量前，需要确保内部参考平面和外部加载网络的校准状态正常。
VNA会通过发送信号并测量其在待测器件上的反射和传输特性，从而得到待测器件的S参数（散射参数）。
根据校准过程中获取的内部参考平面和外部加载网络的响应参数，VNA会对测量结果进行修正，以提供准确的S参数分析结果。
总结起来，VNA校准的原理是通过测量和比对内部参考平面和外部加载网络的响应参数，对待测器件的测量结果进行修正，以提高测量的准确性和可靠性。
这个过程确保了VNA的测量结果在不同实验条件下的一致性，为高频电子设备的研发和维护提供了可靠的数据支持。
矢量网络分析仪的常用校准技巧
要用性能一样 ，但正、负极性 完全不一样的两只转换器。校准过程： ｉ ｉ ｌ 等效转 换 器 互换法 操 作程序 ，第一 要通 过校 准 时使校 准 的直 通 （ Ｔ ｈ ｒ ｏ ｇ ｈ ）转换 器Ａ来 完成传 输 校 准 。而该 转 换器 却不 能 与测 量 元 器件 直 接相 连 。 在反 射 校对 时 ， 把转 换 器Ａ变作 转 换 器Ｂ，对 调 变 化 了一 只测 试接 口的端 口极性 。 校 准结束后 的测量步骤 中 ，必须 用与被测 元器件直接 相连 的转 换 器Ｂ，也 能使用 转换器 Ｂ 相 连和被测 器件相 连 。若 转换 器Ａ与转换 器Ｂ 的器件特性 ｌ Ｏ ０ ％～致 ，均 能同意转换 器Ａ与转换 器Ｂ 剩余外观差异 的相 同转换 器 。此 种校准过程 剩余误 差就为两 个不一样 转换器 中建特性 区 别。校准程序比较快速，但确适合在复杂 情况下非插入元 件的校 准。 ２ ＿ ２ 转 移器 排除 校准 （ Ａ Ｄ Ａ Ｐ Ｔ Ｅ Ｒ Ｒ Ｅ ＭＯ Ｖ Ａ Ｌ） 转 换器 排 除 校 准 是 针 对 非插 入 器 件 测 试 的 精度 较 高 的校 准 方 法 。转 换 器 排 除 校 准 必须 要 一 只 和 被测 元气 件 一 致 相连 接 的 转 换 器 ，该转换 器 被称 作校 准 。转 换器 本身 测量 电长 度要 比测 量ｆ 内ｉ ／ ４ 范 围。 如Ｎ 、３ ． ５ ａｍ和２ ｒ ． ４ ａｍ校 准件 可 用 ，对 其他 转 换 器 ，有 的仪 ｒ 表 供 货商也 支持 用户 直接 输入 其长 度 。 ２ ． ２ ． １ 使用 转 换器 Ｂ 和校 准转 换 器在ｐ ｏ ｒ ｔ ２ 上 完成双 端 口校 准 ， 并 存储 为校 准数据 组 。 ２ ． ２ ． ２将 校 准转 换器连 接 ￣ Ｊ ｌ ｐ ｏ ｒ ｔ １ ， 将 转换 器Ｂ 连接 ￣ Ｕ ｐ ｏ ｒ ｔ ２ 完成双 端 口校 准 ，存 储 为另 一校 准数据 组 。 ２ ． ２ － ３使 用Ａ Ｄ Ａ Ｐ Ｔ Ｅ Ｒ Ｒ Ｅ Ｍ０ 、 ， Ａ Ｌ 产 生新 的校 准 数据 。 ２ ． ２ ． ４ 用转 换器Ｂ 测量 Ｄ Ｕ Ｔ 数据 。 转换 器排 除 校准 必须 要二 次输 出校 准 ，第 一次 校准 ，把 直通 转 换 器装 到测试 端 口 Ｉ Ｉ ，获 得数 据校 准完 输 到校 准数 据程 序 中。再 进 行校 准 ，将 转接 器此 时测 试输 出 Ｉ中，校 准程 序获 得数 值要 差 异文 件 名储存 于数 据组 内。把 整个 程序 内，能进 行 二类差 异 的校准 件 ， 进 行适 合相 差 较 多 的端 口型 号 被测 件 需要 （ 例端 口 Ｉ 是Ｎ ，端 口 Ｉ Ｉ 是ｄ ）。前 后双 端 口测量 校 准结 束 时 ，把 仪器 转 接 器排 除校 准 功 能 键 按 下 ，根据 操作 提醒 将 二次 校准 文件 名存入 操 作仪 表 ，仪表 将 按 照 操作 去排 除测 量转 换器 对测 量数据 的干 扰 。
矢量网络分析仪的使用——实验报告
矢量网络分析仪的使用——实验报告矢量网络分析仪实验报告一、实验内容单端口：测量Open，Short，Load校准件的三组参数，分别进行单端口的校准。
a.设置测量参数1)预设：preset OK2)选择测试参数S11：Meas->S11;3)设置数据显示格式为对数幅度格式：Format->LogMag;4)设置频率范围：Start->1.5GHz，Stop->2.5GHz（面板键盘上“ G”代表GHz，“ M”代表MHz，“ k”代表kHz；5)设置扫描点数：Sweep Setup->Points->101->x1（或”Enter”键或按下大按钮）；6)设置信号源扫描功率：Sweep Setup->Power->Foc->-10->x1->Entry Off（隐藏设置窗）。
b.单端口校准与测量1)设置校准件型号：Cal->Cal Kit->85032F（或自定义/user）（F指femal母头校准件，M指male公头校准件）；2)Modify Cal Kit->Specify CLSs->Open->Set All->Open(m/f),返回到Specify CLSs->Short->Set ALL->Short(m/f)；3)选择单端口校准并选择校准端口：Cal-Calibrate->1-Port Cal->SelectPort->1（端口1 的校准，端口2也可如此操作）；4)把Open校准件连接到端口（或与校准端口相连的同轴电缆另一连接端），点击Open，校准提示（嘀的响声）后完成Open校准件的测量；得到的结果如Fig 1：单口Open校准件测量5)把Short校准件连接到端口（或与校准端口相连的同轴电缆另一连接端），点击Short，校准提示（嘀的响声）后完成Short校准件的测量；得到的结果如Fig 2：单口Short校准件测量6)把Load校准件连接到端口（或与校准端口相连的同轴电缆另一连接端），点击Load，校准提示（嘀的响声）后完成Load校准件的测量；得到的结果如Fig 3：单口Load校准件测量c.双端口校准与测量1)在单端口校准完成后，直接进行双端口的校准，不能按Preset按钮，否则要重新选择校准件进行校准；2)选择二端口校准：Cal->Calibrate->2-Port Cal；3)点击Reflect，进入界面后，在1端口和2端口分别接入Open,Short,Load三种校准件，每接入一个校准件后，点击相应选项完成校准。
矢量网络分析仪反射测量误差分析与修正
理论算法2021.07矢量网络分析仪反射测量误差分析与修正赵苏宇，朱伟(中电科仪器仪表有限公司，山东青岛，266555 )摘要：本文介绍了定向耦合器在矢量网络分析仪反射测量中的作用，分析了定向耦合器导致方向性误差的原因：耦合端出现的信号中包含有泄漏过去的非理想信号，在定向耦合器的耦合端口是被测件反射的信号，是理想的被测信号,但实 际的定向耦合器并不理想，一小部分信号在经被测件反射之前便泄漏到了耦合端口。
耦合端口的信号中包含有泄漏过去 的非理想信号，从而给被测件的反射测量引入了误差。
文中给出了单端口误差模型以及误差修正的方法,并以某型手持式单端口矢量网络分析仪为例给出了经误差修正后测量精度的提升效果。
关键词：矢量网络分析仪；有效方向性；定向耦合器；误差模型Analysis and correction of reflection measurement error of vectornetwork analyzerZhao Suyu, Zhu Wei(CETC Insttumenta/tion Co., Ltd., Qingdao Shandong, 266555)Abstract ： This paper introduces the function of directional coupler in the reflection measurement of vector network analyzer, and analyzes the causes of directional error caused by directional coupler: the signal a/t the coupling end contains the non ideal signal leaked in the past, and the signal a/t the coupling port of directional coupler is the signal reflected by the measured device, which is the ideal signal to be measured, but the actual directional coupler is not ideal, A small part of the signal is leaked to the coupling port before it is reflected by the object. The signal of the coupling port contains the non ideal signal which leaks in the past, which leads to the error of the reflection measurement. In this paper, the single port error model and the method of error correction are given, and the improvemerrt effect of measurement accuracy after error correction is given by taking a handheld single port vector network analyzer as an example.Keywords : vector network analyzer; effective directivity; directional coupler; error model0引言矢量网络分析仪是射频微波领域科研、生产、日常维护最为常用的仪器之一，可以进行被测件正反向s 参数的测试,手持式单端口矢量网络分析仪是其中一种产品形态。
《JJF1495—2014矢量网络分析仪校准规范》分析和难点解决
内部信号源功率
扫 迹 噪 声 本 底 噪 声 串扰 模 值 动 态 准 确 度
校 准 件 特 性
信号源部分量值校准
接 收 机 部 分 量 值 校 准 接 收 机 部 分 量 值 校 准 接 收 机 部 分 量 值 校 准 接 收 机 部 分 量 值 校 准
校 准件 量 值 校 准
表１ Ｊ Ｊ Ｆ １ ４ ９ ５ —２ Ｏ １ ４ 校 准 项 目一 览 序 号 ｌ ２ 校 准 项 目名 称 外观 及 工 作 正 常 性 检 查 内部 信 号 源 频 率 类 型 功 能检 查 信 号 源 部 分 量 值 校 准
３
４ ５ ６ ７
８
中没有体现 ， 这可能是两个原 因导致的：（ １ ） 对非数据性 的 内容不够重视 ；（ ２ ） 实际 已经做了工作， 确认了仪器的正常 性， 但证 书没有 这个项 目 记录。 如 果 发 生了校准 纠 纷， 则 很 难 证明仪器在实验室的状态， 所 以， 证书和记录上有这一项是 十 分有 必 要 的 ， 同时， 矢 量 网 络 分 析仪 的接 口检 查 也十 分 必 要。 同样 的Ｎ型测试接 口， ５ ０ Ｑ 和７ ５ Ｑ的阻抗不 同， 插针的 粗细不 同； ３ ． ５ ｍｍ￣ Ｄ ２ ． ４ ｍｍ接 口尺寸不同， 内芯也不匹配。 外观检查大意就容 易导致端 口损坏或者接 触不 良， 导致测试 不准 或 无 法 进 行。 １ ． ２ 内部 信号 源校 准 内部信号源的校准 ， 包括频率准确度和功率准确度的校 准。 标准器是频 率计和 功率计， 将网络分析仪调至成连续波 输 出模式输出信号， 按规 范要求的测试步骤和方法搭建测试 系统 ， 即可完 成 测 试 。 ｌ ＿ ３ 接 收 机 部 分 量值校 准 这部分校准 内容包含了网络分析仪的扫迹 噪声、 本底噪 声、 串扰 和动态精度 的校准 。 这一部分， 因为对线缆、 校准件 精度有较高的要求， 操作过程相对繁琐， 也是矢量网络 分析 仪校准 中的一个重点和难点。 扫迹 噪声测试使用短路器。 被测试端 口接上短路器 ， 将 矢量 网络 分析仪设置 到被测频 点， 按规范要求设置好 中频 带宽和平均值与测量 点数 ， 将测 量功能 设置为反射系数模 值， 以线 性形式 显示， 采 用单次扫描 ， 统计测量 点反射系数 模值 的单次标准差和算术平均值。 按公式 （ １ ） 计算扫迹 噪声 测 量 结果 ： ７ ７ Ｖ ＝２ ０ｘ ｌ ｇ （ １ ＋ｓ ｔ ｄ ｅ ｖ Ｍ ／ ａ ｖ ｇ Ｍ） （ １ ）
矢量网络分析仪校准方法研究
，
和 漂 移误 差
。
。
系统 误 差 是 由 于 仪 器 的 硬 件 电 路 性 能指 标 不 理
，
利 用测 量 结 果 来 表 征 系统 以 消除分析 仪 的 系统 误 差
， ，
。
在实 际
想 所 引 起 若 这 些 误 差 不 随 时 间 而 变 则 它 们 可 以 通 过 校 准来 表 征 且 可 以 在 测 量 过 程 中 用 数 学 处 理 方式 予 以 消 除 网 络 测
。
频 信号
，
此 信 号 与 幅相 接 收 机 中 心 频 率 实 现 同步 扫 描
R
、
参数
声 和 中频 本 底 噪 声 ) 开 关 重 复 性 和 连 接 器 重 复 性
、
。
使用 网络
测 试 装 置 用 于 分 离 被 测 件 的入 射 信 号
反 射信号
A
和 传输
。
分 析 仪 时 通 过 增 大 源 功 率 将 中频 带 宽 变 窄或 对 迹 线 多 次 扫
， ，
。
随机 误
传输 特 性 它 由合成 信 号 源
，
，
、
参 数 测 试 装 置 幅相 接 收 机 及 显
、
差 以 随 机 方式 随 时 间 而 变 因 而 它 们 不 可 预 测 故 不 能 通 过 校
示 等 四 部 分组 成 其 原 理 框 图 如 图 1 所 示
。
合成信号源产生 扫
S ；
准来 消除 造 成 随 机 误 差 的 主要 因 素 是 仪 表 噪 声 ( 如 取 样 器 噪
矢 量 网 络分 析 仪 的测 量 误 差 可 分 为 系统 误 差 和 漂移 误 差
矢量网络分析仪校准方法与误差分析
矢量网络分析仪校准方法与误差分析摘要：矢量网络分析仪测量存在的误差主要在于随机误差、漂移误差、系统误差等方面，根据漂移误差以及随机误差出现的原因，提出了控制误差的措施，然后在分析系统误差机理的前提下，提出如何校准测量，以此提升测量准确度，希望对相关研究带来帮助。
关键词：矢量网络分析仪；校准方法；误差矢量网络分析仪可以对测量器件的相持特性、幅频特性进行分析，是射频工程中应用最广泛，也最为复杂的测量仪器，能够测量微波器件阻抗、差损反射系数、耦合度、方向性。
矢量网络分析仪是一种微波测量和射频领域尖端的测量仪器，即使使用最为先进的矢量网络分析仪器，在实际测量中依然存在误差矢量网络分析仪，误差主要在于随机误差、漂移误差、系统误差。
初学者使用网络分析仪测量过程中由于缺乏全面认识导致误差控制不佳，影响了测量质量。
一、测量误差（一）漂移误差漂移误差主要是测量校准之后，仪器或者测量系统性能出现变化。
矢量网络分析仪漂移误差在于内部相互连接电缆热膨胀特性以及微波变频器变换稳定性所致，维持校准准确度时间与测量环境下的测量系统漂移率有关。
一般情况下，分析仪充分预热以及提供热稳定的环境温度可以有效减少漂移误差，漂移误差能够通过重新校准，达到消除目标[1]。
（二）随机误差随机误差不能通过误差修正进行消除，不过可以通过有关措施将校准精确度影响因素加以控制，矢量网络分析仪随机误差主要和仪器噪声误差，电缆与连接器重复误差，开关重复误差有关，具体说来：1仪器噪声误差噪声是矢量网络分析仪组件当中出现的电扰动，比如接收机宽带引入的低电平造成，再如内部本振源本噪声以及相位噪声导致的噪声数据抖动。
噪声误差通常要采取多种措施加以控制，比如提升源端口信号功率、降低中频带宽或者多次测量扫描。
2开关重复性误差在矢量网络分析仪当中，使用转换源衰减器设置机械射频开关。
在机械射频开关动作之后，触点闭合和上次闭合存在差异，这种情况出现时就会造成开关重复性误差，进而对测量精确度造成影响。
《JJF1495—2014矢量网络分析仪校准规范》分析和难点解决
《JJF1495—2014矢量网络分析仪校准规范》分析和难点解决作者：陈胜裴炎花钟志忠来源：《无线互联科技》2017年第12期摘要：《JJF1495-2014 矢量网络分析仪校准规范》是全国无线电计量技术委员会发布的解决网络分析仪计量校准的技术依据，文章分析了该规范的校准方法，发现一些难点问题，并提出了解决方法。
关键词：矢量网络分析仪；校准规范；难点网络分析仪，是一种通过在宽频带内进行微波器件网络参数测量的一种仪器，工作方式主要是扫频测量单端口和多端口器件的复数散射参数，并可换算成其他网络参数，如衰减、电压驻波比、阻抗、相移和群时延等。
网络分析仪通常是由信号发生单元、信号分离单元、接收机单元、数字控制及显示部分组成，一般采用测量复数入射电压与复数出射电压比的方法，计算散射参数。
被测参数通过仪器内嵌计算系统控制，进行系统误差的修正和转换。
1 校准规范分析和难点解决网络分析仪一般可分为矢量网络分析仪和标量网络分析仪。
《JJF1495—2014矢量网络分析仪校准规范》（以下简称规范）是全国无线电计量技术委员会针对矢量网络分析仪的校准发布的国家规范。
根据工作经验，我们对该规程的校准项目进行了一些分析和研究。
规范按照JJF1071—2010《国家计量校准规范编写规则》的要求编写，内容基本包括了矢量网络分析仪各种特性参数的计量。
校准项目共有9项，其项目如表1所示。
对校准项目类型进行分析，可以分成4个模块：（1）网络分析仪的外观和正常性的检查；（2）网络分析仪的内部信号源的量值校准；（3）接收机功能的量值校准；（4）总体量和校准件的校准。
下面对这几个类型模块逐个分析。
1.1 外观及工作正常性检查外观及工作正常性检查，这是在校准中最基础的步骤。
矢网的结构完整性、无影响正常工作的机械损伤、电源电压、接口端面的清洁等，是校准工作开始前要确认的项目。
部分实验室在证书上注重测试数据，功能性检查在证书中没有体现，这可能是两个原因导致的：（1）对非数据性的内容不够重视；（2）实际已经做了工作，确认了仪器的正常性，但证书没有这个项目记录。
矢量网络分析仪的校准技术
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校准方法及应用 全双端口校准技术
Calibration procedure
TOSM TOM TRM TRL TNA TOM-X
Number of Calibration steps
7
Special feature classical procedure
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系统误差模型
开关切换对于误差模型的影响 ❖ 因为开关位于参考接收机和三端口误差网络[R],[T]之间，所以在
四端口误差网络[K]中包含了下列影响： ➢ 位置1
功率分配器，开关（位置1）和三端口误差网络[R] ➢ 位置2
功率分配器，开关（位置2)和三端口误差网络[T]
[4] Eul, H.-J., Schiek, B., “A Generalized Theory and New Calibration Procedures for Network Analyzer Self-Calibration“, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, MTT-39, 1991, pp. 724-731
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系统误差模型 7误差项模型(四通道矢量网络分析仪)
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系统误差模型 7误差项模型
将八个误差现进行归一化,得到七个误差项
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使用网络分析仪进行波导校准件设置指南
使用网络分析仪进行波导校准件设置指南
概述
作为射频和微波测试的重要接插件和端口的类型，波导的应用领域十分广泛。
在矢量网络分析仪的测试应用当中，波导接口，尤其是矩形波导类型是常见接口之一。
矢量网络分析仪的校准，是保证测试准确度的前提和必要条件。
本文主要阐述罗德与施瓦茨（R&S）矢量网络分析仪，在应用波导端口时，校准件参数的导入方法以及校准中的注意事项。
矩形波导
矩形波导的截止频率fc＝149.9/a （GHz）
常见矩形波导参数。
安捷伦矢量网络分析仪 电子校准件 (ECal)
电子校准件
PNA 系列和 ENA 系列网络分析 仪具有用户自定义特性校准的功能。
4
输入功率
在进行校准之前，确保输入功率和直流电平不会超过下表中的数值。
输入功率限制
参数 典型的最大输入功率 1,2 对测试端口施加的典型的最大直流电平 会导致损坏发生的功率
8509x +9.0 dBm
±20 V +20.0 dBm
经过校准的电气特性 3
( 残留误差 )
2 端口电子校准件
F 型接口
85099C ( 射频 )3 频率范围 定向性 (dB) 源匹配 (dB) 反射追踪 (±dB) 传输追踪 (±dB) 负载匹配 (dB)
300 kHz ~ 10 MHz 45 36 0.1 0.08 39
10 MHz ~ 300 MHz 50 48 0.03 0.08 43
最简单也是最快速的非可插入 式校准方法使用的电子校准件的连 接头极性与您的被测器件连接头的 极 性 相 匹 配。 您 只 要 订 购 连 接 器 的 极性与您的被测器件连接器的极性 相匹配的电子校准件 00F，电子校准件两个端口的 极性均为阴性
8753 和 8720 系 列 7.68 或 更 高 的 固化软件版本允许这些矢量网络分 析 仪 对 电 子 校 准 件 的 控 制，85097B 接口模块与分析仪的内部固化软件 对一个或者两个电子校准件提供数 字控制信息和电源供电 ; 而对校准过 程本身的控制则是通过前面板的按 键或者用户程序进行的。N4690 系列 电子校准件需要使用 7.74 固化软件版 本和适配器电缆 (8121-1047)。
ECal 取代了使用机械式校准标 准 件 的 传 统 校 准 技 术， 使 用 机 械 式 校 准 标 准 件， 每 做 一 次 校 准 就 要 求 把校准标准件与各被校准端口进行 多 次 连 接 的 操 作。 这 些 传 统 的 校 准 技术需要仪表的操作人员对仪表和 校 准 件 进 行 复 杂 和 细 心 的 操 作， 稍 不 小 心 就 会 引 入 误 差。 而 使 用 电 子 校准对一至四端口进行全端口校准 时， 只 需 把 电 子 校 准 件 和 矢 量 网 络 分 析 仪 进 行 一 次 连 接 即 可 完 成， 从 而把操作人员的介入减少到最小的 地 步。 其 结 果 就 是 校 准 速 度 快， 校 准结果的重复性更好。
矢量网络分析仪校准和验证的常见误区
矢量网络分析仪校准和验证的常见误区
张 叶
江苏 常熟 215500
摘要： 本文就矢量网络分析仪校准以及验证过程中较为普遍的误区进行总结，以便验证结果能够更进一步正确的认识，同时对校准的 过程进行深入论述，尤其是针对未知直通校准方法的原理作出了重点分析。 关键词： 矢量网络分析仪；校准；验证；误区 中图分类号：TH831 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）01-0342-02 1 校准方法误差模型及校准步骤 1.1 传统（已知）直通校准方法的误差模型 以往在对同轴系统进行校准时，主要运用 TOSM，又可称之为 SOLT，是一种基于早期的网络分析仪的 3 接收机架构的一种校准方 法，如针对两端口网络分析仪，这里将其称之为 N+1 结构，即端口 [1] 数量设置为 N，接收机的数目则为 N+1 。在该架构的过程中，参考 接收机本身就属于两个端口之间进行相互共享的，而两个端口之间 主要通过开关来实现相互切换。为此，误差模型通常为 12 项误差模 型，这也是相对来说在网络分析仪中最为经典的一种误差模型，例 如图 1 与图 2 所见，通常可将其分为正向与反向的两个不同的子模 型， 并且能够将 ex 以及 e x t 这两项进行省略， 这就使得该模型被简化 为了 10 项误差模型。在该模型中的各个误差 eij 具有不同的含义， ' 具体见表 1。在实际的网络分析仪中， e10 、 e32 、 e23 、 e01 或者 e01 、 ' ' ' e23 、 e32 、 e10 的值均不会等于 0，可将其中 2 项设定为非零的任何 一个数值，这就会对波量的绝对值带来改变但不会只是其波量之间 ' 的比值发生改变，故这里将 e10 与 e23 均设定为 1，此时即可获得 10 个独立误差项，即 10 个相对独立的未知数。
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系统误差模型 10误差项模型（三通道矢量网络分析仪）
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系统误差模型
开关切换对于误差模型的影响 ❖ 因为开关位于参考接收机和三端口误差网络[R],[T]之间，所以在
四端口误差网络[K]中包含了下列影响： ➢ 位置1
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mr
a1
R11 R21
R12 mf
R22
b1
a2 mt
T11 T21
T12 b2
T22
0
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系统误差模型
5误差项模型的校准
如采用TOSM四个标准件进行校准，则可以根据由标准件所决定 的端口信号之间的关系确定矩阵[R]和[T]的参数。
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校准方法及应用
校准方法分类
NORMALIZATION 包括反射与传输的归一化，提供了最快的测量速度。 FULL ONE PORT 校准一个端口的T、D、S误差项，适用于精确测量端口的反射。 ONE PATH TWO PORT 前二者的合成，适用于单向传输测试，如放大器。 FULL TWO PORT 适用于双向测量，可校准两个端口，并进行所有S参数的测量。 提供了最高的精度
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校准方法及应用 TOSM－经典的全双端口校准技术
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校准方法及应用
TOSM－经典的全双端口校准技术
through/open/short/match 由于是三通道，所以前向和反向通道中的误差项不同 12个误差项 泄漏设为常数 4个校准件的10个已知参数可以确定10个误差项 缺点： 7个校准步骤 需知道所有校准件的参数 无法克服校准误差
[4] Eul, H.-J., Schiek, B., “A Generalized Theory and New Calibration Procedures for Network Analyzer Self-Calibration“, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, MTT-39, 1991, pp. 724-731
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系统误差模型 22误差项模型(三通道）
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系统误差模型 22误差项模型(三通道）
下表列出了可能的校准标准件的组合 需要至少两个传输标准件 为了达到最好的校准性能，A标准件应具有180度相移
Test set
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概述 四通道矢量网络分析仪
Meas. Channel B Ref. Channel R2
Source
Ref. Channel R1 Meas. Channel A
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Port 2 Port 1
[3] Eul, H.-J., Schiek, B., “Thru-Match-Reflect: One Result of a Rigorous Theory for De-embedding and Network Analyzer Calibration“, Proceedings of the 18th European Microwave Conference, September 12-16, Stockholm (Sweden), 1988, pp. 909-914
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校准方法及应用
校准技术主要参考文献
[1] Churchill, H. M., Susman, L., “A Six-Port Automatic Network Analyzer“, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, MTT-25, 1977, pp. 10861091
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系统误差模型 15误差项模型(四通道）
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系统误差模型 15误差项模型(四通道）
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功率分配器，开关（位置1）和三端口误差网络[R] ➢ 位置2
功率分配器，开关（位置2)和三端口误差网络[T]
(R’11, R’22, R’12R’21, T’11, T’21 R’21 和 T“11, T“22, T“12T“21, R“22, T“12R“12)
[2] Engen, G. F., Hoer, C. A., “Thru-Reflect-Line: An Improved Technique for Calibrating the Dual Six Port Automatic Network Analyzer“, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, MTT-27, 1979, pp. 987-993
5
inherent verification
5
especially for test fixtures
4
high directivity
3
especially for test fixtures
5(9)
eliminates crosstalk
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校准方法及应用 全双端口校准技术
Calibration procedure
TOSM TOM TRM TRL TNA TOM-X
Number of Calibration steps
7
Special feature classical procedure
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概述 三通道矢量网络分析仪
Meas. Channel B
Source Ref. Channel R1 Meas. Channel A
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Port 2 Port 1
矢量网络分析仪的校准技术
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罗德与施瓦茨中国有限公司
安毅 产品经理
Tel: 010-6431 2828 Email: Adams.An@
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校准方法及应用
TOSM校准方法的扩展
端口泄漏补偿
➢ 两个端口需要两个匹配负载 ➢ 校准和测量过程可能会呈现不同的泄漏特性
在校准过程中，两个端口完全匹配，进行 隔离测量。所以，只有测量端口良好匹配的 被测件能被准确测量，如果被测件端口反射 很大，则可能会导致较大的测量误差。
[5] Heuermann, H., Schiek, B., “The In-Fixture Calibration Procedure LineNetwork-Network-LNN“, Proceedings of the 23rd European Microwave Conference, September 6-9, Madrid (Spain), 1993, pp. 500-505
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系统误差模型 端口互耦消除的误差模型
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系统误差模型 15误差项模型(四通道）
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❖ 称为10误差项模型
❖ 在10误差项模型中加入开关的泄漏误差，eI0，eII0。 称为12误差项模型
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系统误差模型
10(12)误差项模型中对开关的要求
➢ 高重复性 ➢ 高隔离度（大于VNA本身的动态范围) ➢ 无需良好匹配 ➢ 可以有损耗 ➢ 两个切换位置无需相等
m a tch : b1 0 S h o rt : b1 a1 O p en : b1 a1 T hrough :
a 2 b1
a
b
2
2
a1 T 11b
2
m t T 2 1 b 2
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