淺談矢量網絡分析儀校準方法

吳思燕

【摘要】 矢量網絡分析儀在射頻和微波電路設計領域的應用越來越廣泛，這也使得矢量網絡分析儀校準方法廣泛受到重視，本文通過介紹矢量網絡分析儀的工作原理，矢量網絡分析儀誤差的修正類型以及目前矢量網絡分析儀所使用的校準方法，最后得出矢量網絡分析儀質量的評估，進一步提高矢量網絡分析儀測量的準確度。

【關鍵詞】 矢量網絡分析儀 工作原理 校準技術

矢量網絡分析儀的構造融合了現代微波技術、電子技術以及現代計算機的技術。這使得矢量網絡分析儀的測量速度、測量精度都得到一定程度上的提高，使其逐漸向智能化發展，但是它自身還存在一定的問題，矢量網絡分析儀在對微波網絡參數進行測量時容易出現系統誤差、隨機誤差以及漂移誤差。

因此我們要提高矢量網絡分析儀的測量精度，在測量的過程中正確實施校準技術。

一、矢量網絡分析儀的工作原理

矢量網絡分析儀主要應用在射頻和微波電路設計中，用于測量器件或者網絡的反射特性和運輸特性。它由四部分組成，分別是信號源、S 參數測試裝置、幅相接收機和顯示。它的工作原理由圖1所示。

由合成信號源產生掃頻信號，掃頻信號S 參數測試裝置用于分離被測件的入射信號 R、反射信號 A 和傳輸信號 B，掃頻信號那能夠與幅相接收機中心頻率實現同步。幅相接收機將射頻信號轉換成頻率固定的中頻信號，并能夠真實的監測出網絡的幅度特性以及相位特性，還能夠有效的保證信號幅度信息以及相位信息不丟失，因此矢量網絡分析儀可以通過使用系統鎖相技術，將測量結果以各種方式進行顯示。

二、 矢量網絡分析儀誤差修正的類型

矢量網絡分析儀誤差修正的類型可以分為響應修正以及矢量修正兩種。

響應修正校準的執行方式比較單一， 執行的過程也比較簡單，職能修正矢量網絡分析儀12項指標中的反射和傳輸跟蹤的誤差，不能解決其他10項的誤差問題。并且響應修正的修正軌跡會儲存在矢量網絡分析儀內部的儲存器中，并且這組數據還會轉化成歸一化的測量數據。

矢量修正誤差能夠徹底有效的消除系統誤差，這種誤差的修正方法必須已知一個能測量相位和幅度的網絡分析儀以及一套電氣特性的校準標準。矢量修正誤差是通過對已知校準件進行測量，并將這些測量成果的信息儲存到矢量網絡分析儀的內部儲存器中，并利用這些測量的結果和誤差模型，在后續的測量中消除矢量網絡分析誤差的影響。整個校準的過程充分考慮了矢量網絡分析儀中出現的系統誤差數值，并且校準的方法十分的精確，但是與相應修正方法相比步驟更為復雜，因為矢量修正誤差的形式分別是單端口校準和全二端口校準。

三、矢網常用的校準方法

3.1 OSL校準方法

OSL校準技術是一種傳統得校準技術，應用范圍很廣，在矢量網絡分析儀單端口進行校準時它主要利用兩個有高反射系數特性的標準件，通過與短路器、開路器以及極低反射的終端形成的OSL校準技術（Open Short Load），它主要應用于高頻微波段，在高頻微波段的校準的準確性非常高，有事也應用于固定終端場所中的滑動終端。在二端口校準過程中，可以直接進行連接兩測試端口的直通測量。

3.2 TSD校準方法

TSD校準方法（Thru-Short-Delay）也提供一套詳盡的，非迭代的校準方法。與OSL校準方法相比，TSD校準方法可以在無性連接頭情況下使用兩種簡單的器件就可以完全說明誤差兩端口模型，并進行雙端口校準。TSD校準方法的校準結構十分的簡單，并不使用活動部件，并且TSD校準方法并不重視測量端口出現失配情況或者獨立校準設備所引起的響應畸變。

在使用TSD校準方法的過程中，可以使用單個虛構兩端口網絡來監測誤差的端口參數，可以利用這兩個端口的參數得出兩端口誤差的參數獨立封閉表達式，并利用所得結果非校準測量結果的參數進行校對，因此使用TSD校準的方法進行矢量網絡分析儀的校準必須參考匹配的數值。

3.3 LRL校準方法

LRL校準方法（Line Reflect Line）在本質上是TSD校準方法的一種拓展，LRL校準方法的優點是對任何形式的連接頭，或者二端口網絡的散射參數都能準確測量，并進行適當的校準。但是LRL校準方法一般用來測試端口連接器相配接頭的矢量網絡分析儀校準，不能應用于無性連接頭的矢量網絡分析儀校準。

在使用LRL校準方法進行校準的技術時，需要使用相配套軟件系統，還要加上兩個適配器同時進行測量，LRL校準方法可以與測試適配器進行校對解決任何接頭類型的設備的誤差問題。

四、矢量網絡分析儀質量的評估

矢量網絡分析儀評估質量的重要方法是校驗，校驗通過使用s參數測試裝裝置以及已知的一些器件，作為矢量網絡分析儀評估質量的標準。對析矢量網絡分析儀測量校驗件的測量值以及校驗件標的誤差程度來對校準件和矢量網絡分析儀的性能質進行評估，一般會使用有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絡分析儀誤差的因素有很多，通過一次校準很難達到預期的效果。

從矢量網絡分析儀評估質量的本質上講，每一次校準都需要較長時間，為了控制證矢網的測量精度，在沒有任何校驗件的情況下可以對比原來的數據和校對之后數據通過兩次校對的效果來確定矢量網絡分析儀的校準狀態，要保證兩次測量的結果真實有效，對比兩組數據如果矢網處于穩定狀態，說明校準的結果還是有效的，反之，就應當查明原因，確保被測網絡的測量結果的有效性。

五、結束語

總而言之，矢量網絡分析儀的精度是實際操作中必須解決的問題，通過被測件指標要求的實際情況以及未知被測網絡的特性，對矢量網絡分析儀存在的誤差進行充分考慮，并綜合矢量網絡分析儀的測試指標，以及在校準過程中應注意的問題。

選擇正確的校準方法解決矢量網絡分析儀的精度誤差問題，進而不僅能滿足測量精度要求，還能夠提高矢量網絡分析儀測量效率的目的。

參 考 文 獻

[1]劉冬冬.矢量網絡分析儀校準項目探討[J].計量與測試技術，2011，03：52-53.

[2]劉宏.矢量網絡分析儀的校準方法[J].電子質量，2011，07：71-72.

[3]趙偉，趙永久，袁春花，秦紅波，強力.一種基于10項誤差模型的二端口矢量網絡分析儀校準方法[J].電子學報，2011，10：2469-2472.