網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差、校準(zhǔn)和應(yīng)用

中心議題：

網(wǎng)絡(luò)分析的基本原理誤差和不確定度

網(wǎng)絡(luò)分析的校準(zhǔn)

網(wǎng)絡(luò)分析的基本原理工序要求

網(wǎng)絡(luò)分析的基本原理誤差和不確定度

理解矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀不確定度的來(lái)源有助于你采取行之有效的用戶校準(zhǔn)方法。對(duì)于下圖所示的完整的雙端口網(wǎng)絡(luò)分析儀結(jié)構(gòu)，我們從前向開(kāi)始分析。

圖 完整的兩端口網(wǎng)絡(luò)分析儀源的不確定性

首先，第一個(gè)不確定性是傳輸信號(hào)和反射信號(hào)由于在頻率上或者分別正，反向的軌道導(dǎo)致的信號(hào)丟失。其次，DUT的輸入阻抗和網(wǎng)絡(luò)分析儀或系統(tǒng)阻抗的差異。同樣，DUT輸出端也存在類(lèi)似情況，它們分別屬于源匹配和負(fù)載匹配。

用于信號(hào)分離的定向耦合器的效率，也需要考慮。理想的定向耦合器在耦合臂產(chǎn)生輸出信號(hào)，它是與主臂一個(gè)方向上的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)成比例，而相反方向的信號(hào)不產(chǎn)生輸出信號(hào)。耦合器輸出(耦合臂)和標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)(直通臂)的區(qū)別是耦合系數(shù)。耦合系數(shù)通常在10分貝到30分貝之間，意味著當(dāng)輸入信號(hào)以適當(dāng)方向通過(guò)直通臂時(shí)，輸出RF功率電平比其小10到30分貝。

定向耦合器對(duì)于反方向的信號(hào)不產(chǎn)生輸出。但實(shí)際上，這是很難實(shí)現(xiàn)的。盡管是很小的，反方向的信號(hào)通過(guò)實(shí)際的耦合器仍然會(huì)在輸出端產(chǎn)生不必要的響應(yīng)。這種不需要的信號(hào)定義為耦合器泄露。耦合系數(shù)與耦合泄露的差別稱(chēng)為耦合器的定向性。

最后是隔離。端口2的接收器檢測(cè)到端口1輻射或傳導(dǎo)的少量的信號(hào)，在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀，這種不必要的泄露通常很小?？偟膩?lái)說(shuō)，不影響測(cè)量，除非 DUT有很高的損失。盡管推薦，在許多現(xiàn)代矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中。隔離在校準(zhǔn)中只是一種可選的操作。

一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)分析儀正向不確定性的來(lái)源包括：傳輸和反射追蹤;負(fù)載和源匹配;定向性和隔離，這些再結(jié)合反向6個(gè)誤差項(xiàng)，共有12誤差項(xiàng)。用戶校準(zhǔn)需要充分考慮這12個(gè)誤差，以便得到適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)來(lái)用到測(cè)量數(shù)據(jù)當(dāng)中。這項(xiàng)修正是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的顯著的精度的主要原因。

網(wǎng)絡(luò)分析的校準(zhǔn)

RF設(shè)備的校準(zhǔn)經(jīng)常需要把儀器周期性的送到一個(gè)經(jīng)過(guò)認(rèn)定的儀器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室來(lái)進(jìn)行以確保該儀器運(yùn)行在生產(chǎn)商的說(shuō)明以內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室也往往把儀器的性能調(diào)整到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，比如說(shuō)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院所指定的標(biāo)準(zhǔn)。(NIST)。

網(wǎng)絡(luò)分析儀也不例外。它們太需要周期性的校準(zhǔn)，以至于有時(shí)達(dá)不到高的精準(zhǔn)度，用戶的校準(zhǔn)也經(jīng)常被需要。網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)通常通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析儀的套包的一系列校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)或者是用戶制定，用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)完成。一系列的修正參數(shù)通過(guò)比較已經(jīng)知道的存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)和根據(jù)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生了出來(lái)。在校準(zhǔn)測(cè)試中這些就被用在數(shù)據(jù)中以補(bǔ)償在前面章節(jié)討論過(guò)的錯(cuò)誤源。

許多因素決定著用戶校準(zhǔn)需要多久進(jìn)行一次。你需要考慮的因素包括需要的測(cè)試精度，環(huán)境因素，以及DUT連接的可重復(fù)性。通常情況下，網(wǎng)絡(luò)分析儀每幾個(gè)小時(shí)或每幾天需要一次用戶校準(zhǔn)，你應(yīng)當(dāng)根據(jù)核實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試不穩(wěn)定因素來(lái)源的認(rèn)定，以及個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定多久才需要進(jìn)行校準(zhǔn)。需要說(shuō)明一點(diǎn)，本次討論用周期校準(zhǔn)來(lái)描述用戶校準(zhǔn)，不要與推薦的每年經(jīng)過(guò)認(rèn)定的工廠校準(zhǔn)相混淆。

三個(gè)系列的校準(zhǔn)經(jīng)常用在網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)當(dāng)中：

1.短路的，開(kāi)路的，負(fù)荷的，直達(dá)的(SOLT)

2.直達(dá)的，反射的，線性的 (TRL)

3.使用外部自動(dòng)化的校準(zhǔn)模型的自動(dòng)校準(zhǔn)

由于每一個(gè)系列的校準(zhǔn)都有很多不同的要求，需要根據(jù)DUT，測(cè)試系統(tǒng)，以及測(cè)試要求來(lái)決定使用哪一種方法。由于SOLT被廣泛地使用，我們用它來(lái)說(shuō)明一個(gè)校準(zhǔn)系列中的變化。

SOLT要求在系統(tǒng)(和DUT)以及阻抗中采用短路的，開(kāi)路的，負(fù)荷型的，直通的的標(biāo)準(zhǔn)。由他們的機(jī)械上的特點(diǎn)所決定的精準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)在校準(zhǔn)之前被載入到網(wǎng)絡(luò)分析器中。你連接校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的位置(網(wǎng)絡(luò)分析儀端口，線纜的末端，或者在測(cè)試的固定裝置里面)就是測(cè)試時(shí)開(kāi)始和結(jié)束的地方。這就是參考平臺(tái)或者是測(cè)試平臺(tái)。

進(jìn)一步說(shuō)明，你必須用一個(gè)可插入的連接制作一個(gè)直通的連接。舉個(gè)例子，一個(gè)公口對(duì)母口的連接，或者其他不需要外部設(shè)備或轉(zhuǎn)接器的連接來(lái)完成在 SOLT測(cè)試期間的直通連接。在校準(zhǔn)期間插入任何器件以及不在校準(zhǔn)測(cè)量中使用該器件都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤。

如果你不能做一個(gè)直通的連接，將會(huì)被稱(chēng)為不可插入的。這里有幾種方法可以用來(lái)處理不可插入的情況。，最簡(jiǎn)單的是使用一套相位相同的(包括在大多數(shù)的校準(zhǔn)套包中)轉(zhuǎn)接器以及每種類(lèi)型的短路，開(kāi)路，負(fù)載,在校準(zhǔn)過(guò)程中使用一個(gè)轉(zhuǎn)接器來(lái)完成直通的連接，而且在校準(zhǔn)測(cè)試過(guò)程中為了DUT連接用一個(gè)合適的轉(zhuǎn)接器與其交換。

其他校準(zhǔn)在SOLT系列的校準(zhǔn)包括響應(yīng)型校準(zhǔn)。它比較迅速，但是卻沒(méi)有移除在頻率上的帶寬損失那樣精確。它只考慮了在12錯(cuò)誤模型的正反向的情況。你可以通過(guò)放置短路，開(kāi)路，負(fù)載的情況在端口一來(lái)進(jìn)行一個(gè)端口的校準(zhǔn)。這樣可以節(jié)省一些時(shí)間，如果你只要進(jìn)行一個(gè)端口測(cè)量的話，比如一個(gè)天線的回傳損失。一個(gè)加強(qiáng)的一個(gè)端口校準(zhǔn)如同一個(gè)完全的一端口校準(zhǔn)，而且使用直通的連接來(lái)測(cè)量端口二，這在端口二沒(méi)有源的T/R結(jié)構(gòu)中很普遍。最終這里有按照校準(zhǔn)規(guī)定的可以在兩個(gè)端口都放置短路，開(kāi)路，負(fù)載的完全雙端口SOLT校準(zhǔn)。

SOLT和TRL校準(zhǔn)有很多變化，你可以在實(shí)際端子不存在比如探針節(jié)點(diǎn)或者如果DUT是在一個(gè)測(cè)試固定物中的應(yīng)用中使用TRL校準(zhǔn)。因?yàn)門(mén)RL 并不需要負(fù)載，在這些情況下他可以得到很好的實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)化校準(zhǔn)是一種比較新的途徑，由于它們的速度，可重復(fù)性，簡(jiǎn)單易用很快已經(jīng)獲得了流行。更進(jìn)一步，它們?nèi)コ舜蠖鄶?shù)的人工干預(yù)，從而極大地減少了在校準(zhǔn)期間誤操作的概率。這些單元傳統(tǒng)上包括一個(gè)電子元件，比如二極管，終端或者其他的標(biāo)志物以及在EEPROM上存儲(chǔ)的經(jīng)過(guò)編碼的相關(guān)的細(xì)節(jié)化的電子描述信息。當(dāng)連接到了網(wǎng)絡(luò)分析器上以后，自動(dòng)校準(zhǔn)就會(huì)被設(shè)置到不同的狀態(tài)。在校準(zhǔn)過(guò)程中這些狀態(tài)被測(cè)量并和EEPROM中存儲(chǔ)的相關(guān)狀態(tài)相比較，以達(dá)到正確的修正值。

無(wú)論你采用了哪一種校準(zhǔn)方法，隨機(jī)的錯(cuò)誤發(fā)生來(lái)源都應(yīng)當(dāng)予以避免，減少I(mǎi)F帶寬，使用平均值減少噪音，提供更好的結(jié)果。當(dāng)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的時(shí)候，高質(zhì)量的組成部分，鞏固的測(cè)量實(shí)踐，以及一個(gè)關(guān)于校準(zhǔn)步驟和儀器的全面理解是同等重要的。

網(wǎng)絡(luò)分析的基本原理工序要求

當(dāng)用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行精確測(cè)量時(shí)，需要理解和正確執(zhí)行每個(gè)步驟以便得到得到最佳結(jié)果。使用高性能的元件和全面的測(cè)量實(shí)踐?？紤]一臺(tái)經(jīng)過(guò)良好校準(zhǔn)的并提供校正參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)分析儀和一臺(tái)要求精確測(cè)量的高性能DUT之間 RF連接：

是否有電纜，適配器，和其它高性能的組成部分?

你是否適當(dāng)?shù)厍鍧嵙怂麄?/p>

是否使用了合適的轉(zhuǎn)矩?

如果連接到DUT的RF的性能與規(guī)定的系統(tǒng)精度不相符，即使最好的網(wǎng)絡(luò)分析儀也是沒(méi)有作用的。

當(dāng)使用網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)，使用工序是非常有用的。工序可以增強(qiáng)操作并改善結(jié)果。下面是一個(gè)使用網(wǎng)絡(luò)分析儀的例子架構(gòu)。

準(zhǔn)備

準(zhǔn)備網(wǎng)絡(luò)分析儀和DUT

清潔，檢查和測(cè)量所有連接器

如果使用SOLT校準(zhǔn)，選擇一種處理非插入式連接的方法

連接分析儀的電纜和適配器到分析儀上

操作

預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)分析儀

設(shè)定源參數(shù)，包括頻率，功率，速度系數(shù)和IF帶寬

連接DUT，驗(yàn)證安裝，電纜，適配器和運(yùn)行

選擇S-參數(shù)測(cè)量和顯示格式

若可以，設(shè)定特殊的測(cè)量目標(biāo)，如參考平面的擴(kuò)展



觀察響應(yīng)

移除DUT

校準(zhǔn)

選擇適當(dāng)?shù)男?zhǔn)工具包或定義輸入校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)置IF帶寬并平均以最小化校準(zhǔn)期間的噪聲

手動(dòng)校正或使用自動(dòng)校準(zhǔn)

采用熟知的核查標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證校準(zhǔn)質(zhì)量

保存儀器狀態(tài)和校準(zhǔn)

執(zhí)行

連接DUT

從校準(zhǔn)步驟中得到合適的校正參數(shù)

測(cè)量并保存DUT參數(shù)

網(wǎng)絡(luò)分析儀在正確使用的前提下，是某些最精確的射頻儀器，典型的精度為± 0.1 dB和±0.1度。它可以進(jìn)行精確，可重復(fù)的RF測(cè)量?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀提供的配置和測(cè)量能力像他們應(yīng)用范圍一樣廣泛。選擇合適的儀器，校準(zhǔn)，功能，以及采用可靠的RF測(cè)量方法，可以最優(yōu)化你的網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)果。