網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差、校準和應(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

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源有助于你采取行之有效的用戶校準方法。對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，第一個不確定性是傳輸信號和反射信號由于在頻率上或者分別正，反向的軌道導致的信號丟失。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輸出端也存在類似情況，它們分別屬于源匹配和負載匹配。

用于信號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，它是與主臂一個方向上的標準信號成比例，而相反方向的信號不產(chǎn)生輸出信號。耦合器輸出(耦合臂)和標準輸入信號(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，意味著當輸入信號以適當方向通過直通臂時，輸出RF功率電平比其小10到30分貝。

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

最后是隔離。端口2的接收器檢測到端口1輻射或傳導的少量的信號，在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀，這種不必要的泄露通常很小?？偟膩碚f，不影響測量，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。隔離在校準中只是一種可選的操作。

一個完整的網(wǎng)絡(luò)分析儀正向不確定性的來源包括：傳輸和反射追蹤;負載和源匹配;定向性和隔離，這些再結(jié)合反向6個誤差項，共有12誤差項。用戶校準需要充分考慮這12個誤差，以便得到適當?shù)男拚禂?shù)來用到測量數(shù)據(jù)當中。這項修正是矢量網(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

RF設(shè)備的校準經(jīng)常需要把儀器周期性的送到一個經(jīng)過認定的儀器校準實驗室來進行以確保該儀器運行在生產(chǎn)商的說明以內(nèi)，實驗室也往往把儀器的性能調(diào)整到一個標準，比如說國家標準和技術(shù)研究院所指定的標準。(NIST)。

網(wǎng)絡(luò)分析儀也不例外。它們太需要周期性的校準，以至于有時達不到高的精準度，用戶的校準也經(jīng)常被需要。網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準通常通過一個網(wǎng)絡(luò)分析儀的套包的一系列校準標準或者是用戶制定，用戶定義的標準來完成。一系列的修正參數(shù)通過比較已經(jīng)知道的存儲在網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)和根據(jù)校準標準所產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生了出來。在校準測試中這些就被用在數(shù)據(jù)中以補償在前面章節(jié)討論過的錯誤源。

許多因素決定著用戶校準需要多久進行一次。你需要考慮的因素包括需要的測試精度，環(huán)境因素，以及DUT連接的可重復性。通常情況下，網(wǎng)絡(luò)分析儀每幾個小時或每幾天需要一次用戶校準，你應(yīng)當根據(jù)核實的標準，測試不穩(wěn)定因素來源的認定，以及個人經(jīng)驗來決定多久才需要進行校準。需要說明一點，本次討論用周期校準來描述用戶校準，不要與推薦的每年經(jīng)過認定的工廠校準相混淆。

三個系列的校準經(jīng)常用在網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準當中：

1.短路的，開路的，負荷的，直達的(SOLT)

2.直達的，反射的，線性的 (TRL)

3.使用外部自動化的校準模型的自動校準

由于每一個系列的校準都有很多不同的要求，需要根據(jù)DUT，測試系統(tǒng)，以及測試要求來決定使用哪一種方法。由于SOLT被廣泛地使用，我們用它來說明一個校準系列中的變化。

SOLT要求在系統(tǒng)(和DUT)以及阻抗中采用短路的，開路的，負荷型的，直通的的標準。由他們的機械上的特點所決定的精準的標準數(shù)據(jù)在校準之前被載入到網(wǎng)絡(luò)分析器中。你連接校準標準的位置(網(wǎng)絡(luò)分析儀端口，線纜的末端，或者在測試的固定裝置里面)就是測試時開始和結(jié)束的地方。這就是參考平臺或者是測試平臺。

進一步說明，你必須用一個可插入的連接制作一個直通的連接。舉個例子，一個公口對母口的連接，或者其他不需要外部設(shè)備或轉(zhuǎn)接器的連接來完成在 SOLT測試期間的直通連接。在校準期間插入任何器件以及不在校準測量中使用該器件都會導致測量錯誤。

如果你不能做一個直通的連接，將會被稱為不可插入的。這里有幾種方法可以用來處理不可插入的情況。，最簡單的是使用一套相位相同的(包括在大多數(shù)的校準套包中)轉(zhuǎn)接器以及每種類型的短路，開路，負載,在校準過程中使用一個轉(zhuǎn)接器來完成直通的連接，而且在校準測試過程中為了DUT連接用一個合適的轉(zhuǎn)接器與其交換。

其他校準在SOLT系列的校準包括響應(yīng)型校準。它比較迅速，但是卻沒有移除在頻率上的帶寬損失那樣精確。它只考慮了在12錯誤模型的正反向的情況。你可以通過放置短路，開路，負載的情況在端口一來進行一個端口的校準。這樣可以節(jié)省一些時間，如果你只要進行一個端口測量的話，比如一個天線的回傳損失。一個加強的一個端口校準如同一個完全的一端口校準，而且使用直通的連接來測量端口二，這在端口二沒有源的T/R結(jié)構(gòu)中很普遍。最終這里有按照校準規(guī)定的可以在兩個端口都放置短路，開路，負載的完全雙端口SOLT校準。

SOLT和TRL校準有很多變化，你可以在實際端子不存在比如探針節(jié)點或者如果DUT是在一個測試固定物中的應(yīng)用中使用TRL校準。因為TRL 并不需要負載，在這些情況下他可以得到很好的實現(xiàn)。

自動化校準是一種比較新的途徑，由于它們的速度，可重復性，簡單易用很快已經(jīng)獲得了流行。更進一步，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期間誤操作的概率。這些單元傳統(tǒng)上包括一個電子元件，比如二極管，終端或者其他的標志物以及在EEPROM上存儲的經(jīng)過編碼的相關(guān)的細節(jié)化的電子描述信息。當連接到了網(wǎng)絡(luò)分析器上以后，自動校準就會被設(shè)置到不同的狀態(tài)。在校準過程中這些狀態(tài)被測量并和EEPROM中存儲的相關(guān)狀態(tài)相比較，以達到正確的修正值。

無論你采用了哪一種校準方法，隨機的錯誤發(fā)生來源都應(yīng)當予以避免，減少IF帶寬，使用平均值減少噪音，提供更好的結(jié)果。當校準網(wǎng)絡(luò)分析儀的時候，高質(zhì)量的組成部分，鞏固的測量實踐，以及一個關(guān)于校準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

當用網(wǎng)絡(luò)分析儀進行精確測量時，需要理解和正確執(zhí)行每個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量實踐。考慮一臺經(jīng)過良好校準的并提供校正參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)分析儀和一臺要求精確測量的高性能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?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)分析儀也是沒有作用的。

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

準備

準備網(wǎng)絡(luò)分析儀和DUT

清潔，檢查和測量所有連接器

如果使用SOLT校準，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，驗證安裝，電纜，適配器和運行

選擇S-參數(shù)測量和顯示格式

若可以，設(shè)定特殊的測量目標，如參考平面的擴展



觀察響應(yīng)

移除DUT

校準

選擇適當?shù)男使ぞ甙蚨x輸入校準標準

設(shè)置IF帶寬并平均以最小化校準期間的噪聲

手動校正或使用自動校準

采用熟知的核查標準驗證校準質(zhì)量

保存儀器狀態(tài)和校準

執(zhí)行

連接DUT

從校準步驟中得到合適的校正參數(shù)

測量并保存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。它可以進行精確，可重復的RF測量?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀提供的配置和測量能力像他們應(yīng)用范圍一樣廣泛。選擇合適的儀器，校準，功能，以及采用可靠的RF測量方法，可以最優(yōu)化你的網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)果。