矢量网络分析仪校准基本理论

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时域方法
用于隔离各反射点 用于确定方向性误差量和源失配误差 消除夹具影响
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测量精度是多少?
可能的误差来源
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提取测量的不确定性
Windows系统下的小 工具来评估测量的误 差
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误差提取结果
在12项误差校准之后
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校准件的特性
测量负载件的阻抗
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矢量网络分析仪的校准
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开路器
必须屏蔽 终端电容必须建立模型
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校准的确认
测量已知空气短线可以很好地确认矢量网络分析仪 校准后的方向性和匹配测量端口的反射,例如,方向 性误差和源匹配误差, 例如使用-15dB回波损耗的偏置 负载通过SIN波样的波峰和波谷的差值即可以估计出 矢量网络分析仪校准后的有效方向性误差 Ed=-20log(10Ep-p/20-1)+20log(10Ep-p/20+1)+15dB 对于有效失配误差可以用短路器用同一方程式得到 这种技术可以用于提高被测件的测量精度,也可以 测量测量仪表的不确定度常用于标量网络分析仪的校 准
操作中的考量
接头 电缆 时效 错误
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AutoCal
出于校准时效和错误连接的考量
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On Wafer校准
可以选择OSLT或LRL,LRM 校准方式 一般校准件都已制成Wafer 但负载件是关注的一个重要 问题,一些高校在考虑负载 件的问题
B1
Port 1
ຫໍສະໝຸດ Baidu
B2
DUT
a1 b1 S11= b1/a1 S21= b2/a1
a2 b2 S22= b2/a2 S12= b1/a2
Port 2
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矢量网络分析仪误差模型
以上是对于两端口(正向)和单端口矢量网络分析仪误差模型.一旦误差模 型中各误差项的数值已知,那么我们可以由A1,B1…导出a1,b1…, 例如对于单端口误差模型: S11=b1/a1=(B1/A1-EDF)/[(B1/A1-EDF)ESF+ERF] 常用的校准方式,SOLT(Short,Open,Load,Through),Offset Short… 矢量网络分析仪校准的过程即是选择误差模型和得到各误差项的数值的过 程,校准有效期间的测量即是由A1,B1…解析出a1,b1…和相关比值 9
矢量网络分析仪主要应用于精确快速 测量微波器件或微波电路的"S"参数
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怎样作到准确测量?
矢量网络分析仪是 非常精密的测量仪 表,当它被适当地 校准之后! 矢量网络分析仪地测量精度很大程度上依赖 于校准(精度改善)的过程.
原始误差(校准前)2%~80% 剩余误差(校准后)0.1%~2% 接头是一个重要的误差来源,特别在较高的频率
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误差模型
误差模型,即是用 于描述矢量网络分 析仪中测量得到的 A1,B1…与实际需 要测量的a1,b1… 之间的关系的数学 模型. 选择不同的误差模 型即是选择不同的 校准方式. 同一误差模型可能 可以用多个校准方 式解出.
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A1
A2
始
结 果 (
被 测
件
相 关
)
注意误差分量的相位信息是运算中必须的
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x
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校准
如果某些被测件(校准件)的实 际特性已知,测量可以得到原始 测量结果,此时可以通过运算得 到误差矢量特征,称为校准. 多年来,行业内进行了多种努力 发展两端口校准技术和相应的校 准标准件,以用于不同的测量. 这些校准技术看起来像是字母排 列表, SOLT,OSLT,…RSOL LRL,TRL,LRM,TRM… Offset Short
是在各频率点上进行的 可以选择各种标准件方式 校准本身是一个数学运算过程 校准精度依赖于校准件的精度 校准精度也依赖于接头电缆和手法 检验校准的方法
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谢谢各位
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�
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矢量网络分析仪误差模型
A1
E1S21 E1S11 E1S22 E1S12
a1
DUT
b2
E2S12 E2S22 E2S21 E2S11
B2
[S]
b1 a2
B1
A2
以上是另一种形式的两端口矢量网络分析仪误差模型.同样如果 各误差项的数值已知,那么我们可以由A1,B1…导出a1,b1…, 使用此模型时,应符合两个假设.其一,矢量网络分析仪的端口 之间没有泄漏串扰,其二,矢量网络分析仪在进行所有S参数测 量时其端口的匹配特性不变. 常用的校准方式, TRL(Through,Reflection,Line),LRL(Line,Reflection,Line),LRM( Line,Reflection,Match)…
2003 Anritsu User Group Meeting
Vector Network Analyzer Basic Calibration Technology
矢量网络分析仪基本校准技术
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讨论内容
什么是矢量网络分析仪 怎样作到准确测量 可提供的校准步骤 操作中的考量 应用 得到不确定度
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举例:12项误差校准的步骤
方向性"误差矢量特征"可以直接由LOAD测量结果推出, 这里给出了源和负载失配"误差矢量特征"的运算方程,它 主要由OPEN和SHORT测量结果导出
这里"O"和"S"分别代表OPEN和SHORT,"a"代表标准 件的实际参数,"m"代表测量得到的参数.一旦各项误差 项得到则被测件的实际参数也就得到了.
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微波测量仪表
标量网络分析仪:一个测量微波信号幅度的系统 矢量网络分析仪:一个测量微波信号的幅度和相位的 系统 频谱分析仪:一个测量频谱质量的系统 频率计:一个测量微波信号的频率的仪表 合成(信号)源:一个产生微波信号的仪表 功率计:一个测量微波功率的仪表
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各种校准方式的比较
优点: RESPONSE校准 方便,适于快速观察 SOLT校准 全面适于同轴线 可以用于高频探针和在片测量 宽带 TRL校准 仅需概念性简单标准件 易于在波导,共面波导,微带线上 实现 易于计量 LRM校准 宽带 连接次数最少的全面校准 OFFSET SHORT校准 波导适用 缺点: RESPONSE校准 精度差 SOLT校准 OPEN标准件的寄生电容的准确定义 需要很多的校准件 LOAD校准件的指标的影响较大 TRL校准 带宽受限 不易于在同轴线应用 需要无梁传输线作为标准件 LRM校准 需要匹配标准件件 OFFSET SHORT校准 带宽受限(对波导无碍)
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校准是运算的结果
特征 ) 量 关 差矢 件无 误 测 与被 (
y
与
测 量
测 被
( 性 特 际 实 件
相 件 测 被 与
) 关
原
系统误差中的各项误差都 是矢量,一旦其矢量特征 (幅度和相位)已知 这些误差可以通过数学运 算从原始的测量结果中减 去 运算的结果既是精确的被 测件(DUT)的测量结果
由于至被测件的反射相位路径较 测量端口的反射相位路径为长, 因此当扫频测量时由被测件的反 射和端口的反射信号会矢量叠加 ,而产生SIN波样起伏的曲线
精密空气线加入至被测标准件和测量端口之间
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检验件可以追溯至(美国)国家标准
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什么是校准?
校准在许多测量中是非常重要的概念.校准是得到并消除测量系统 的系统原始误差以达到精确测量. 校准后得到所谓测量系统的"有效"精度指标,例如,"有效方向性", "有效端口匹配"等. 所谓"有效"指标,是指经过软件运算后的矢量网络分析仪的指标
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什么是矢量网络分析仪?
S21 正向传输参数 Port 1 a1 S11 正向反 射参数 b1 S12 反向传输参数 被测件 Port 2 b2 S22 反向反 射参数 a2
S11= b1/a1 S21= b2/a1 S22= b2/a2 S12= b1/a2 a1,b1,a2,b2分别是入射信号和出 射信号,可以看出S参数是两个信号 的比值. 此项比值包括幅度和相位
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校准标准件的品质
传输线
精确 插针深度缺乏定义,GPC-7接头 除外 低频限制
滑动负载
精确 插针深度控制 低频限制
宽带负载
非常好的低频表现<20GHz 如果有好的模型,可以适于更 高频率
平面短路器
一般来说非常理想,但即便是短 路器在更高频率(毫米波)时仍可能 表现为电感
y
特征 矢量 果) 误差 算结 (运
原 始测 量 结果 ( 测量 得
到)
准 校
知 已 ( 性 特 件
)
无论是怎样的测量都是为了得到相应的系统"误差矢量特征"
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举例:12项误差校准的步骤
步骤1确定测量参考面(相位为0的测量面) 步骤1,在此接 Open,Short和Load 步骤2,将两个 端口直通连接 步骤1,进行了6次反射测量(每个端口各3次),步骤2,进 行了4次测量(4个S参数),一共进行了10项测量可以解得 10个未知"误差矢量特征".如果在步骤1中增加2项传输测量 13 ,则可以求得12个"误差矢量特征"