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网络分析仪的校准误差分析

时间:2018-04-08 13:06 来源:电工之家

网络分析仪的校准误差分析
网络分析仪校准主要分为频响校准和矢量校准。消除误差项目的个数与测试的标准件数目相同。
我们常用的误差模型:
一、单端口误差模型
网络分析仪的校准误差分析
图一 单端口校准误差模型
图一为网络分析仪反射测试时系统误差的数学模型。S11M为网络分析仪的实际测试值,其中包含各项测试误差,具体测试误差有:ED、ERT、ES等。仪表校准目的是通过计算消除这些误差项的影响,得到网络分析仪测量的真值S11A。为得到ED、ERT、ES,通过测试标准件完成,由于要确定三项误差,所以单端口校准要测试三个标准件,联立方程组得解。
二、双端口误差模型
双端口误差模型就要复杂不少了,来看看其误差模型的表达式:
网络分析仪的校准误差分析
图二、双端口校准误差模型
双端口校准是网络分析仪最精确的误差校准方法,校准过程中需要至少7次连接校准件,通常测试中,隔离校准可以忽略。
基于二端口校准的误差模型,二端口校准后,某一项S参数结果的测试都需要网络分仪表进行正,反双向测试,利用另外三个S参数对测试结果进行误差消除运算。
这是被测件在校准前后结果对比,对于没有校准的测试结果,存在典型的波动,它是系统误差影响的结果。通过误差校准后,测试扫迹能更正确反映被测件性能。
双端口校准消除误差项最多,校准后仪表测试精度最高。
不同校准方法比较:
测试过程需要根据测试参数和测试精度要求选择不同的相应校准方式:
网络分析仪的校准误差分析
图三、不同校准形式及其应用
针对特殊情形的校准方式:
上面考虑的都是DUT比较理想的情况,通过网分自带的校准件就可以完成校准。可以理想总是丰满的,现实总是残酷的。大千世界林林总总的DUT又肿么办呢?
下面就是几种常见而又比较难校准的DUT的巧办法:
1. 等效转接器互换法校准
这种方法适用于具有两个相同形式而端口极性相同的被测件(如;1,2端口都为SMA阴性接头),这种器件为非插入型器件之一。此方法需要使用性能相同,而阴阳极性不同的两个转接器。
校准过程图解:
网络分析仪的校准误差分析
等效转接器互换法校准第一步是在校准过程中利用能进行直通(Through)校准的转接器A来完成传输校准。但该转接器并不能与测试直接连接。在反射校准过程中,将转接器A换为转接器B,这一交换改变了一个测试端口的接口极性。
校准完成后的测试过程中,使用能和被测件直接连接的转接器B,转接器B可以直接和被测件连接。
如果转接器A和转接器B的电气性能完全相同,可以认为转接器A和转接器B只是外形不同的同一个转接器。
这种校准方法的剩余误差为两个转接器之间的性能差异。校准过程较简单,但不能适用于复杂非插入器件校准。
2. 转接器移去校准 (英文名:Adapter Removal)
转接器移去校准是针对非插入器件测试的精度较高的校准方法。转接器移去校准需要使用一个具有和被测件相同接口方式的转接器,这个转接器叫做校准转接器。转接器的电长度必须小于测试频率的四分之一范围内。比如N、3.5mm 和2.4mm校准件可用,对于其它转接器,有的仪表商也支持用户可以直接输入其电长度。
网络分析仪的校准误差分析
图五、Adapter Removal 校准过程
转接器移去校准需要进行两次双端口校准。第一次校准中,将直通转接器放在测试端口2,校准结果存入校准数据组中。
第二次校准,将转接器连接到测试端口1上,校准数据用不同文件名也存在校准数据组中。在这个过程中,可以使用两种不同的校准件。以适应具有不同端口类型被测件的要求(比如端口1为N,端口2为SMA)。
两次双端口校准完成后,在仪表转接器移去校准功能键下,根据提示将两次校准文件名输入仪表,仪表通过计算可消除测量转接器对测试影响。
3. TRL校准
对于非同轴被测件进行测试,如;波导和晶片等,TRL校准是经常采用的校准方法。TRL代表Through,直通;Reflect,反射;Line,传输线。采用TRL校准的原因是因为在非同轴和高频率条件下,要实现理想的匹配负载非常困难。
真正完整的TRL校准为确定10项未知误差,需使用4接收机网络分析仪,其中2台接收机用于反射信号测试,另两台接收机完成对传输信号的测试。TRL 校准需进行14次测试。
其它术语如; LRL,LRM,TRM等只是采用其他校准件的同一种基本校准方法。
目前,许多无源和有源RF器件都采用表面安装形式(SMT),首先对这些器件的测试,需要使用相应测试夹具。又由于技术,功率承载和工作环境或设计标准的不同,这些元件的物理尺寸变化很大,相应各种夹具的尺寸和性能变化也很大。
对夹具测试需要考虑两个因素:
1). 夹具设计
夹具应具有良好稳定的机械性能。这些夹具往往会使用在生产线测试中,夹具需能让被测件快速的插入、对齐和夹紧。对于RF工作频段夹具,需考虑阻抗匹配因素,这要求精确设计夹具中传输线尺寸和空间屏蔽。
2).夹具校准
对夹具的校准最好采用夹具上校准,安捷伦网络分析仪支持用户定义校准件功能。定义的校准件要求用户能对校准的物理特性进行表征,并将参数输入到仪表内部,并作为常用的由用户定义的校准工具。
虽然用来描述校准标准件的参数很多,对于大多数应用来说,只要少数几个参数需要修改。对于正确设计的PCB夹具而言,只有开路标准的边缘电容和短路的延迟参数需要表征。

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