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浅谈矢量网络分析仪校准方法

范文

吴思燕

【摘要】矢量网络分析仪在射频和微波电路设计领域的应用越来越广泛，这也使得矢量网络分析仪校准方法广泛受到重视，本文通过介绍矢量网络分析仪的工作原理，矢量网络分析仪误差的修正类型以及目前矢量网络分析仪所使用的校准方法，最后得出矢量网络分析仪质量的评估，进一步提高矢量网络分析仪测量的准确度。

【关键词】矢量网络分析仪工作原理校准技术

矢量网络分析仪的构造融合了现代微波技术、电子技术以及现代计算机的技术。这使得矢量网络分析仪的测量速度、测量精度都得到一定程度上的提高，使其逐渐向智能化发展，但是它自身还存在一定的问题，矢量网络分析仪在对微波网络参数进行测量时容易出现系统误差、随机误差以及漂移误差。

因此我们要提高矢量网络分析仪的测量精度，在测量的过程中正确实施校准技术。

一、矢量网络分析仪的工作原理

矢量网络分析仪主要应用在射频和微波电路设计中，用于测量器件或者网络的反射特性和运输特性。它由四部分组成，分别是信号源、S 参数测试装置、幅相接收机和显示。它的工作原理由图1所示。

由合成信号源产生扫频信号，扫频信号S 参数测试装置用于分离被测件的入射信号 R、反射信号 A 和传输信号 B，扫频信号那能够与幅相接收机中心频率实现同步。幅相接收机将射频信号转换成频率固定的中频信号，并能够真实的监测出网络的幅度特性以及相位特性，还能够有效的保证信号幅度信息以及相位信息不丢失，因此矢量网络分析仪可以通过使用系统锁相技术，将测量结果以各种方式进行显示。

二、矢量网络分析仪误差修正的类型

矢量网络分析仪误差修正的类型可以分为响应修正以及矢量修正两种。

响应修正校准的执行方式比较单一，执行的过程也比较简单，职能修正矢量网络分析仪12项指标中的反射和传输跟踪的误差，不能解决其他10项的误差问题。并且响应修正的修正轨迹会储存在矢量网络分析仪内部的储存器中，并且这组数据还会转化成归一化的测量数据。

矢量修正误差能够彻底有效的消除系统误差，这种误差的修正方法必须已知一个能测量相位和幅度的网络分析仪以及一套电气特性的校准标准。矢量修正误差是通过对已知校准件进行测量，并将这些测量成果的信息储存到矢量网络分析仪的内部储存器中，并利用这些测量的结果和误差模型，在后续的测量中消除矢量网络分析误差的影响。整个校准的过程充分考虑了矢量网络分析仪中出现的系统误差数值，并且校准的方法十分的精确，但是与相应修正方法相比步骤更为复杂，因为矢量修正误差的形式分别是单端口校准和全二端口校准。

三、矢网常用的校准方法

3.1 OSL校准方法

OSL校准技术是一种传统得校准技术，应用范围很广，在矢量网络分析仪单端口进行校准时它主要利用两个有高反射系数特性的标准件，通过与短路器、开路器以及极低反射的终端形成的OSL校准技术（Open Short Load），它主要应用于高频微波段，在高频微波段的校准的准确性非常高，有事也应用于固定终端场所中的滑动终端。在二端口校准过程中，可以直接进行连接两测试端口的直通测量。

3.2 TSD校准方法

TSD校准方法（Thru-Short-Delay）也提供一套详尽的，非迭代的校准方法。与OSL校准方法相比，TSD校准方法可以在无性连接头情况下使用两种简单的器件就可以完全说明误差两端口模型，并进行双端口校准。TSD校准方法的校准结构十分的简单，并不使用活动部件，并且TSD校准方法并不重视测量端口出现失配情况或者独立校准设备所引起的响应畸变。

在使用TSD校准方法的过程中，可以使用单个虚构两端口网络来监测误差的端口参数，可以利用这两个端口的参数得出两端口误差的参数独立封闭表达式，并利用所得结果非校准测量结果的参数进行校对，因此使用TSD校准的方法进行矢量网络分析仪的校准必须参考匹配的数值。

3.3 LRL校准方法

LRL校准方法（Line Reflect Line）在本质上是TSD校准方法的一种拓展，LRL校准方法的优点是对任何形式的连接头，或者二端口网络的散射参数都能准确测量，并进行适当的校准。但是LRL校准方法一般用来测试端口连接器相配接头的矢量网络分析仪校准，不能应用于无性连接头的矢量网络分析仪校准。

在使用LRL校准方法进行校准的技术时，需要使用相配套软件系统，还要加上两个适配器同时进行测量，LRL校准方法可以与测试适配器进行校对解决任何接头类型的设备的误差问题。

四、矢量网络分析仪质量的评估

矢量网络分析仪评估质量的重要方法是校验，校验通过使用s参数测试装装置以及已知的一些器件，作为矢量网络分析仪评估质量的标准。对析矢量网络分析仪测量校验件的测量值以及校验件标的误差程度来对校准件和矢量网络分析仪的性能质进行评估，一般会使用有50或者20的欧姆空气线、20dB固定衰减器以及40dB固定衰减器。但是考虑到影响矢量网络分析仪误差的因素有很多，通过一次校准很难达到预期的效果。

从矢量网络分析仪评估质量的本质上讲，每一次校准都需要较长时间，为了控制证矢网的测量精度，在没有任何校验件的情况下可以对比原来的数据和校对之后数据通过两次校对的效果来确定矢量网络分析仪的校准状态，要保证两次测量的结果真实有效，对比两组数据如果矢网处于稳定状态，说明校准的结果还是有效的，反之，就应当查明原因，确保被测网络的测量结果的有效性。

五、结束语

总而言之，矢量网络分析仪的精度是实际操作中必须解决的问题，通过被测件指标要求的实际情况以及未知被测网络的特性，对矢量网络分析仪存在的误差进行充分考虑，并综合矢量网络分析仪的测试指标，以及在校准过程中应注意的问题。

选择正确的校准方法解决矢量网络分析仪的精度误差问题，进而不仅能满足测量精度要求，还能够提高矢量网络分析仪测量效率的目的。

参考文献

[1]刘冬冬.矢量网络分析仪校准项目探讨[J].计量与测试技术，2011，03：52-53.

[2]刘宏.矢量网络分析仪的校准方法[J].电子质量，2011，07：71-72.

[3]赵伟，赵永久，袁春花，秦红波，强力.一种基于10项误差模型的二端口矢量网络分析仪校准方法[J].电子学报，2011，10：2469-2472.

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