網絡分析儀的校準和測試方法

2021-01-18 微波射頻網

是不是每次測量一個新的項目前都必須做校準?

這個是不一定需要的，儘量將每次校準的state存入VNA，名字最好為校準狀態，例如頻率範圍，輸入激勵功率等。如果有新的測試項目，但是它的測試條件和已有狀態相似，且load state後，檢查校準狀態良好，就可用使用以前的校準狀態，而不需要重新校準。將校準state保存並調用的好處在於：Calibration Kit也是有使用壽命的，多次的校準，會是的校準件多次和校準電纜接觸，可能汙染校準件，使得校準件特性發生改變，影響下一次校準。儘量養成如下習慣：將網絡分析儀的port不用的時候加上防塵套;對測試電纜進行標號，使得VNA每個port儘可能固定連接某個電纜;對測試電纜不用時，也需要加上防塵套;儘量不用很髒的測試電纜等。

VNA的校準是精確測量前必要的準備

以單埠DUT測量為例，測試模型參考one port error model。

由於VNA的輸出和DUT的待測輸入一般都存在中間過渡件/連接件，使得理想網絡分析儀的測試平面和DUT的待測平面間出現了一個誤差網絡。對於單埠誤差模型，有三個誤差項。為了求解三個誤差項，由線性矩陣理論，需要建立三個不相關的方程來求解。校準的原理就是建立這三個方程。

通過在測試面加入三個已知特性的校準件，例如開路件，反射係數理論上為1，短路件，反射係數理論上為-1，負載件反射係數理論上為0。通過VNA測量這三個校準件，得到實際測量結果。也就得到包含三個誤差模型的線性方程，通過求解就能得到三個誤差項。在後續的測量中，在直接獲得的測試結果中，先通過數學運算，消除三個誤差項帶來的影響，顯示給用戶的就是校準後DUT的特性。

當然兩埠誤差模型更加複雜，分為正向和反向，正向具有6個誤差項，反向也有6個誤差項，總共有12個誤差項需要求解，求解方法可用參考「RF Measurement of Die and Packages」

當然一般網絡分析儀提供的二埠矢量校準方法為SOLT，通過單埠的分析，其實校準件的本質是建立誤差模型方程，選擇不同已知反射係數的校準件，就得到了很多不同的校準方法，例如LRM，LRRM，TRL等等。

當然校準的本質也是去嵌入(De-embedding)的過程，去嵌入的本質得到誤差網絡的S參數，通過轉換到T參數，運用級聯運算進行消除。去嵌入還能夠消除非傳輸線網絡的S參數，應用也比校準廣泛。

實際校準的方法：

儘管一般VNA的User Guider上都有儀器校準的方法，但是還有很多細節需要注意的：

1、設定測試參數

選擇測試頻率範圍：一般的頻率範圍要稍微大於測試指標規定的範圍，選擇VNA Port激勵功率，對於無源器件，可以選擇稍微大的激勵功率，例如0dBm，但是對於測試Amplifier等小信號器件，一般激勵信號要小於器件的1dB壓縮點，對於Power Amplifier等大功率器件，需要減小VNA的輸入信號功率，同時要在PA的輸出和VNA的輸入間加入衰減器。但是過分減小VNA的輸入信號功率，可能會使得S11和S22測量誤差增大。如果對於多埠VNA，還需要選擇測試port。

2、選擇校準件，選擇校準方法，通過儀器校準的Guide完成校準

每個公司都有不同的規格的校準件，例如N型的，SMA型的，這個在校準之前一定要選擇好，這個是因為廠家提供的校準件，開路短路負載等也不是理想的反射係數分別為1，-1和0。同公司的VNA中會定義校準件，將校準件的特性預先存入VNA，以便校準時求解誤差方程。因此，如果校準件選擇不當，校準的意義也就沒有了。

在校準過程中，顯示format對於校準是沒有影響的，可用選擇顯示S11或者S21，顯示可用為VSWR或者Smith Chart，這個不影響校準。

已SOLT為例，首先進行單埠校準，分別將開路短路負載加至VNA的port1和port2，按照儀器指示進行完成校準，再連接Thru件，完成直通校準。

3、校準結果檢查

這一步不是必須的，但個人覺得作為一個優秀的射頻工程師，這一步是至關重要的。

開路校準特性的檢查：校準完成後，將開路件取下，顯示S11和S22的Smith Chart，良好的校準使得測試顯示曲線在整個測量頻率範圍內都在Smith Chart的開路點。

負載校準特性的檢查：校準完成後，將測試埠連接負載件，測試S11和S22的Smith Chart，良好的校準使得測試曲線在整個測量頻率範圍內都在Smith Chart的中心點。

直通檢查：校準完成後，將兩埠連接Thru件，測試S12或者S21的dB曲線，良好的校準使得測試曲線在整個頻率範圍內平坦，且都在0dB。


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