吳思燕

【摘要】 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在射頻和微波電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，這也使得矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)方法廣泛受到重視，本文通過介紹矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作原理，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差的修正類型以及目前矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀所使用的校準(zhǔn)方法，最后得出矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀質(zhì)量的評(píng)估，進(jìn)一步提高矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量的準(zhǔn)確度。

【關(guān)鍵詞】 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 工作原理 校準(zhǔn)技術(shù)

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的構(gòu)造融合了現(xiàn)代微波技術(shù)、電子技術(shù)以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的技術(shù)。這使得矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量速度、測(cè)量精度都得到一定程度上的提高，使其逐漸向智能化發(fā)展，但是它自身還存在一定的問題，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在對(duì)微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)容易出現(xiàn)系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差以及漂移誤差。

因此我們要提高矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量精度，在測(cè)量的過程中正確實(shí)施校準(zhǔn)技術(shù)。

一、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作原理

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀主要應(yīng)用在射頻和微波電路設(shè)計(jì)中，用于測(cè)量器件或者網(wǎng)絡(luò)的反射特性和運(yùn)輸特性。它由四部分組成，分別是信號(hào)源、S 參數(shù)測(cè)試裝置、幅相接收機(jī)和顯示。它的工作原理由圖1所示。

由合成信號(hào)源產(chǎn)生掃頻信號(hào)，掃頻信號(hào)S 參數(shù)測(cè)試裝置用于分離被測(cè)件的入射信號(hào) R、反射信號(hào) A 和傳輸信號(hào) B，掃頻信號(hào)那能夠與幅相接收機(jī)中心頻率實(shí)現(xiàn)同步。幅相接收機(jī)將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率固定的中頻信號(hào)，并能夠真實(shí)的監(jiān)測(cè)出網(wǎng)絡(luò)的幅度特性以及相位特性，還能夠有效的保證信號(hào)幅度信息以及相位信息不丟失，因此矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以通過使用系統(tǒng)鎖相技術(shù)，將測(cè)量結(jié)果以各種方式進(jìn)行顯示。

二、 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差修正的類型

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差修正的類型可以分為響應(yīng)修正以及矢量修正兩種。

響應(yīng)修正校準(zhǔn)的執(zhí)行方式比較單一， 執(zhí)行的過程也比較簡(jiǎn)單，職能修正矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀12項(xiàng)指標(biāo)中的反射和傳輸跟蹤的誤差，不能解決其他10項(xiàng)的誤差問題。并且響應(yīng)修正的修正軌跡會(huì)儲(chǔ)存在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部的儲(chǔ)存器中，并且這組數(shù)據(jù)還會(huì)轉(zhuǎn)化成歸一化的測(cè)量數(shù)據(jù)。

矢量修正誤差能夠徹底有效的消除系統(tǒng)誤差，這種誤差的修正方法必須已知一個(gè)能測(cè)量相位和幅度的網(wǎng)絡(luò)分析儀以及一套電氣特性的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。矢量修正誤差是通過對(duì)已知校準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量，并將這些測(cè)量成果的信息儲(chǔ)存到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部?jī)?chǔ)存器中，并利用這些測(cè)量的結(jié)果和誤差模型，在后續(xù)的測(cè)量中消除矢量網(wǎng)絡(luò)分析誤差的影響。整個(gè)校準(zhǔn)的過程充分考慮了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差數(shù)值，并且校準(zhǔn)的方法十分的精確，但是與相應(yīng)修正方法相比步驟更為復(fù)雜，因?yàn)槭噶啃拚`差的形式分別是單端口校準(zhǔn)和全二端口校準(zhǔn)。

三、矢網(wǎng)常用的校準(zhǔn)方法

3.1 OSL校準(zhǔn)方法

OSL校準(zhǔn)技術(shù)是一種傳統(tǒng)得校準(zhǔn)技術(shù)，應(yīng)用范圍很廣，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀單端口進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)它主要利用兩個(gè)有高反射系數(shù)特性的標(biāo)準(zhǔn)件，通過與短路器、開路器以及極低反射的終端形成的OSL校準(zhǔn)技術(shù)（Open Short Load），它主要應(yīng)用于高頻微波段，在高頻微波段的校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性非常高，有事也應(yīng)用于固定終端場(chǎng)所中的滑動(dòng)終端。在二端口校準(zhǔn)過程中，可以直接進(jìn)行連接兩測(cè)試端口的直通測(cè)量。

3.2 TSD校準(zhǔn)方法

TSD校準(zhǔn)方法（Thru-Short-Delay）也提供一套詳盡的，非迭代的校準(zhǔn)方法。與OSL校準(zhǔn)方法相比，TSD校準(zhǔn)方法可以在無性連接頭情況下使用兩種簡(jiǎn)單的器件就可以完全說明誤差兩端口模型，并進(jìn)行雙端口校準(zhǔn)。TSD校準(zhǔn)方法的校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)十分的簡(jiǎn)單，并不使用活動(dòng)部件，并且TSD校準(zhǔn)方法并不重視測(cè)量端口出現(xiàn)失配情況或者獨(dú)立校準(zhǔn)設(shè)備所引起的響應(yīng)畸變。

在使用TSD校準(zhǔn)方法的過程中，可以使用單個(gè)虛構(gòu)兩端口網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測(cè)誤差的端口參數(shù)，可以利用這兩個(gè)端口的參數(shù)得出兩端口誤差的參數(shù)獨(dú)立封閉表達(dá)式，并利用所得結(jié)果非校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果的參數(shù)進(jìn)行校對(duì)，因此使用TSD校準(zhǔn)的方法進(jìn)行矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)必須參考匹配的數(shù)值。

3.3 LRL校準(zhǔn)方法

LRL校準(zhǔn)方法（Line Reflect Line）在本質(zhì)上是TSD校準(zhǔn)方法的一種拓展，LRL校準(zhǔn)方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)任何形式的連接頭，或者二端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)都能準(zhǔn)確測(cè)量，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)。但是LRL校準(zhǔn)方法一般用來測(cè)試端口連接器相配接頭的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)，不能應(yīng)用于無性連接頭的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)。

在使用LRL校準(zhǔn)方法進(jìn)行校準(zhǔn)的技術(shù)時(shí)，需要使用相配套軟件系統(tǒng)，還要加上兩個(gè)適配器同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，LRL校準(zhǔn)方法可以與測(cè)試適配器進(jìn)行校對(duì)解決任何接頭類型的設(shè)備的誤差問題。

四、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀質(zhì)量的評(píng)估

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀評(píng)估質(zhì)量的重要方法是校驗(yàn)，校驗(yàn)通過使用s參數(shù)測(cè)試裝裝置以及已知的一些器件，作為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀評(píng)估質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)析矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量校驗(yàn)件的測(cè)量值以及校驗(yàn)件標(biāo)的誤差程度來對(duì)校準(zhǔn)件和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的性能質(zhì)進(jìn)行評(píng)估，一般會(huì)使用有50或者20的歐姆空氣線、20dB固定衰減器以及40dB固定衰減器。但是考慮到影響矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差的因素有很多，通過一次校準(zhǔn)很難達(dá)到預(yù)期的效果。

從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀評(píng)估質(zhì)量的本質(zhì)上講，每一次校準(zhǔn)都需要較長(zhǎng)時(shí)間，為了控制證矢網(wǎng)的測(cè)量精度，在沒有任何校驗(yàn)件的情況下可以對(duì)比原來的數(shù)據(jù)和校對(duì)之后數(shù)據(jù)通過兩次校對(duì)的效果來確定矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)狀態(tài)，要保證兩次測(cè)量的結(jié)果真實(shí)有效，對(duì)比兩組數(shù)據(jù)如果矢網(wǎng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明校準(zhǔn)的結(jié)果還是有效的，反之，就應(yīng)當(dāng)查明原因，確保被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量結(jié)果的有效性。

五、結(jié)束語

總而言之，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的精度是實(shí)際操作中必須解決的問題，通過被測(cè)件指標(biāo)要求的實(shí)際情況以及未知被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的特性，對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀存在的誤差進(jìn)行充分考慮，并綜合矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試指標(biāo)，以及在校準(zhǔn)過程中應(yīng)注意的問題。

選擇正確的校準(zhǔn)方法解決矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的精度誤差問題，進(jìn)而不僅能滿足測(cè)量精度要求，還能夠提高矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量效率的目的。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3]趙偉，趙永久，袁春花，秦紅波，強(qiáng)力.一種基于10項(xiàng)誤差模型的二端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)方法[J].電子學(xué)報(bào)，2011，10：2469-2472.