《JJF1495—2014矢量網絡分析儀校準規范》分析和難點解決

陳勝+裴炎花+鐘志忠

摘 要：《JJF1495-2014 矢量網絡分析儀校準規范》是全國無線電計量技術委員會發布的解決網絡分析儀計量校準的技術依據，文章分析了該規范的校準方法，發現一些難點問題，并提出了解決方法。

關鍵詞：矢量網絡分析儀；校準規范；難點

網絡分析儀，是一種通過在寬頻帶內進行微波器件網絡參數測量的一種儀器，工作方式主要是掃頻測量單端口和多端口器件的復數散射參數，并可換算成其他網絡參數，如衰減、電壓駐波比、阻抗、相移和群時延等。

網絡分析儀通常是由信號發生單元、信號分離單元、接收機單元、數字控制及顯示部分組成，一般采用測量復數入射電壓與復數出射電壓比的方法，計算散射參數。被測參數通過儀器內嵌計算系統控制，進行系統誤差的修正和轉換。

1 校準規范分析和難點解決

網絡分析儀一般可分為矢量網絡分析儀和標量網絡分析儀。《JJF1495—2014矢量網絡分析儀校準規范》（以下簡稱規范）是全國無線電計量技術委員會針對矢量網絡分析儀的校準發布的國家規范。根據工作經驗，我們對該規程的校準項目進行了一些分析和研究。

規范按照JJF1071—2010《國家計量校準規范編寫規則》的要求編寫，內容基本包括了矢量網絡分析儀各種特性參數的計量。校準項目共有9項，其項目如表1所示。

對校準項目類型進行分析，可以分成4個模塊：（1）網絡分析儀的外觀和正常性的檢查；（2）網絡分析儀的內部信號源的量值校準；（3）接收機功能的量值校準；（4）總體量和校準件的校準。下面對這幾個類型模塊逐個分析。

1.1 外觀及工作正常性檢查

外觀及工作正常性檢查，這是在校準中最基礎的步驟。矢網的結構完整性、無影響正常工作的機械損傷、電源電壓、接口端面的清潔等，是校準工作開始前要確認的項目。

部分實驗室在證書上注重測試數據，功能性檢查在證書中沒有體現，這可能是兩個原因導致的：（1）對非數據性的內容不夠重視；（2）實際已經做了工作，確認了儀器的正常性，但證書沒有這個項目記錄。如果發生了校準糾紛，則很難證明儀器在實驗室的狀態，所以，證書和記錄上有這一項是十分有必要的，同時，矢量網絡分析儀的接口檢查也十分必要。同樣的N型測試接口，50 Ω和75 Ω的阻抗不同，插針的粗細不同；3.5 mm和2.4 mm接口尺寸不同，內芯也不匹配。外觀檢查大意就容易導致端口損壞或者接觸不良，導致測試不準或無法進行。

1.2 內部信號源校準

內部信號源的校準，包括頻率準確度和功率準確度的校準。標準器是頻率計和功率計，將網絡分析儀調至成連續波輸出模式輸出信號，按規范要求的測試步驟和方法搭建測試系統，即可完成測試。

1.3 接收機部分量值校準

這部分校準內容包含了網絡分析儀的掃跡噪聲、本底噪聲、串擾和動態精度的校準。這一部分，因為對線纜、校準件精度有較高的要求，操作過程相對繁瑣，也是矢量網絡分析儀校準中的一個重點和難點。

掃跡噪聲測試使用短路器。被測試端口接上短路器，將矢量網絡分析儀設置到被測頻點，按規范要求設置好中頻帶寬和平均值與測量點數，將測量功能設置為反射系數模值，以線性形式顯示，采用單次掃描，統計測量點反射系數模值的單次標準差和算術平均值。按公式（1）計算掃跡噪聲測量結果：

（1）

式中：

TNM—模值掃跡噪聲測量結果，dB；

stdevM—所有測量點反射系數模值的單次標準差；

avgM—所有測量點反射系數模值的算術平均值。

本底噪聲是用來描述等效到網絡分析儀測試端口的輸入噪聲功率。設置網絡分析儀為連續波輸出模式，設定端口1輸出功率，用功率計標定為PS。然后用線纜連接另一端口2，做直通校準。校準完成后，取下電纜，在兩個測試端口連接固定負載，單次掃描后，對測量結果求單次標準差。按公式（2）計算測試端口2的本底噪聲。

（2）

式中：

N—本底噪聲最終測量結果，dBm；

stdevN—單次掃描后，測量結果的單次標準差；

PS—功率計測量結果，dBm。

串擾是網絡分析儀測試端口之間信號泄漏的程度。將網絡分析儀設置為連續波模式，按規范要求設置被測網絡分析儀參數。設置端口1輸出功率，用功率計測量為P1，然后連接上測試電纜后，測得功率為P1&apos；。將線纜連上端口2后做直通測試，取下線纜，在兩端口接上固定負載，開始平均掃描，掃描完成后對測量結果求算術平均值MA。按公式（3）計算端口1到2的串擾。

（3）

式中：

Ct —測試端口1到端口2的串擾測量值，dB；

MA—S21線性模值測量值的算數平均值；

P1&apos；—測試端口接測試電纜后，功率計測量值，dBm；

P1—測試端口的功率計測量值，dBm。

模值動態準確度是用來描述網絡分析儀測量測試端口入射功率時，其測量準確度依賴于被測信號的程度。模值動態精度的計量又分為兩種方式：（1）測試端口入射功率小于測試端口最大輸出功率；（2）測試端口入射功率超過測試端口最大輸出功率。

兩種測試狀態都要使用衰減器。第一種測量方式，是把衰減器直接通過線纜聯入，通過改變衰減器的衰減值，根據校準規范提供的方法，衡量網絡分析儀的模值動態精度。第二種是通過線性測量系統來實現測量模值動態準確度。線性測量系統由步進衰減器和放大器以及功率分配器等組成，其原理是調節信號的輸出，然后放大，來測量接收信號較大的端口。其原理如圖1所示。

1.4 總體量和校準件的校準

校準項目是散射參數和校準件，對于散射參數，通過精密校準件，測量儀器的反射系數和散射系數，具體方法可按規程執行。校準件的校準方法是先用標準精密校準件對網絡分析儀進行自校準，然后在自校準端面，連接被測校準件，測得被校校準件的反射系數模值和相角。

2 難點解決和數據處理

2.1 難點解決

內部信號源的功率和頻率準確度的校準，這個項目對某些型號網絡分析儀不完全適用。在規范中提醒，無法設置連續波輸出模式的，可使被校矢量網絡分析儀頻率掃描的開始頻率設置為校準頻率，并適當增加掃描時間，使頻率計和功率計有足夠的時間進行測量。在頻率測量時，可以記錄下相對準確的測量值，這是規范提供的一種解決辦法，只能算是一個實現方式。但是在功率測量方面，即使這樣設置，功率的波動仍較大，無法準確衡量儀器功率的穩定輸出值，測量偏差較大。對于儀器的量值能否滿足指標要求，這一方法不完全合理，所以這是網絡分析儀校準中一個難題。

網絡分析儀ZVB的校準給我們提供了一個新思路。網絡分析儀的內部信號源，其掃頻模式可以通過內部Service命令，讓其變成一個點頻源，實現信號源功率和頻率的校準。

另外，頻率校準可以從接收機方面考慮，信號源和接收機共用同一個時基，通過上下變頻發射或接收不同的頻率，可以先測量時基頻率準確度，輸入標準信號頻率，由接收機來測量信號頻率準確度。在功率方面，網絡分析儀本身是測量相對參數，也可以通過外部標準源發射一個標準功率，用其接收機測量功率的準確度。

2.2 數據處理

大部分校準規范和檢定規程對測量數據要求是多次測量取平均值，本規范的數據測量要求和其他有所不同，要求的測量次數為3次，測試數據取中位數。

3 結語

《JJF1495-2014矢量網絡分析儀校準規范》的發布，為目前矢量網絡分析儀計量校準的提供了較為嚴謹的技術依據。本文分析了規范的校準方法和重難點以及數據分析中的與其他規程不同之處。由于目前市場上儀器設備種類繁多，關注的數據點不同，具體的參數和校準方法，可以結合實際工作解決。

作者簡介：陳勝（1983— ），男，安徽宿州，助理工程師；研究方向：無線電計量。

[參考文獻]

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[4]樊中山.矢量網絡分析儀的校準方法[J].國外電子測量技術，2003（5）：35-36.

Abstract：“JJF1495-2014 vector network analyzer calibration specification” is technical basis to solve the network analyzer calibration issued by the National Radio Measurement Technology Committee. This paper analyzes the calibration method of the specification， found some difficult problems， and puts forward the solution.

Key words： vector network analyzer； calibration specification； difficulties