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網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)很頭疼,一文讓你get到三大要點(diǎn)

作者:qiuyi   日期:2023-01-14 10:20:00


 

 

是不是每次測(cè)量一個(gè)新的項(xiàng)目前都必須做校準(zhǔn)?

 

這個(gè)是不一定需要的,盡量將每次校準(zhǔn)的state存 入VNA,名字最好為校準(zhǔn)狀態(tài),例如頻率范圍,輸入激勵(lì)功率等。如果有新的測(cè)試項(xiàng)目,但是它的測(cè)試條件和已有狀態(tài)相似,且load state后,檢查校準(zhǔn)狀態(tài)良好,就可用使用以前的校準(zhǔn)狀態(tài),而不需要重新校準(zhǔn)。將校準(zhǔn)state保存并調(diào)用的好處在于:Calibration Kit也是有使用壽命的,多次的校準(zhǔn),會(huì)是的校準(zhǔn)件多次和校準(zhǔn)電纜接觸,可能污染校準(zhǔn)件,使得校準(zhǔn)件特性發(fā)生改變,影響下一次校準(zhǔn)。盡量養(yǎng)成如下習(xí)慣:將 網(wǎng)絡(luò)分析儀的port不用的時(shí)候加上防塵套;對(duì)測(cè)試電纜進(jìn)行標(biāo)號(hào),使得VNA每個(gè)port盡可能固定連接某個(gè)電纜;對(duì)測(cè)試電纜不用時(shí),也需要加上防塵套; 盡量不用很臟的測(cè)試電纜等。

 

VNA的校準(zhǔn)是精確測(cè)量前必要的準(zhǔn)備

 

以單端口DUT測(cè)量為例,測(cè)試模型參考o(jì)ne port error model。

 

由 于VNA的輸出和DUT的待測(cè)輸入一般都存在中間過渡件/連接件,使得理想網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試平面和DUT的待測(cè)平面間出現(xiàn)了一個(gè)誤差網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于單端口誤差 模型,有三個(gè)誤差項(xiàng)。為了求解三個(gè)誤差項(xiàng),由線性矩陣?yán)碚摚枰⑷齻€(gè)不相關(guān)的方程來求解。校準(zhǔn)的原理就是建立這三個(gè)方程。

 

通過在測(cè)試面 加入三個(gè)已知特性的校準(zhǔn)件,例如開路件,反射系數(shù)理論上為1,短路件,反射系數(shù)理論上為-1,負(fù)載件反射系數(shù)理論上為0。通過VNA測(cè)量這三個(gè)校準(zhǔn)件,得 到實(shí)際測(cè)量結(jié)果。也就得到包含三個(gè)誤差模型的線性方程,通過求解就能得到三個(gè)誤差項(xiàng)。在后續(xù)的測(cè)量中,在直接獲得的測(cè)試結(jié)果中,先通過數(shù)學(xué)運(yùn)算,消除三個(gè) 誤差項(xiàng)帶來的影響,顯示給用戶的就是校準(zhǔn)后DUT的特性。

 

當(dāng)然兩端口誤差模型更加復(fù)雜,分為正向和反向,正向具有6個(gè)誤差項(xiàng),反向也有6個(gè)誤差項(xiàng),總共有12個(gè)誤差項(xiàng)需要求解,求解方法可用參考"RF Measurement of Die and Packages"

 

當(dāng)然一般網(wǎng)絡(luò)分析儀提供的二端口矢量校準(zhǔn)方法為SOLT,通過單端口的分析,其實(shí)校準(zhǔn)件的本質(zhì)是建立誤差模型方程,選擇不同已知反射系數(shù)的校準(zhǔn)件,就得到了很多不同的校準(zhǔn)方法,例如LRM,LRRM,TRL等等。

 

當(dāng)然校準(zhǔn)的本質(zhì)也是去嵌入(De-embedding)的過程,去嵌入的本質(zhì)得到誤差網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù),通過轉(zhuǎn)換到T參數(shù),運(yùn)用級(jí)聯(lián)運(yùn)算進(jìn)行消除。去嵌入還能夠消除非傳輸線網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù),應(yīng)用也比校準(zhǔn)廣泛。

 

 

實(shí)際校準(zhǔn)的方法:

 

盡管一般VNA的User Guider上都有儀器校準(zhǔn)的方法,但是還有很多細(xì)節(jié)需要注意的:

 

1、設(shè)定測(cè)試參數(shù)

 

選 擇測(cè)試頻率范圍:一般的頻率范圍要稍微大于測(cè)試指標(biāo)規(guī)定的范圍,選擇VNA Port激勵(lì)功率,對(duì)于無源器件,可以選擇稍微大的激勵(lì)功率,例如0dBm,但是對(duì)于測(cè)試Amplifier等小信號(hào)器件,一般激勵(lì)信號(hào)要小于器件的 1dB壓縮點(diǎn),對(duì)于Power Amplifier等大功率器件,需要減小VNA的輸入信號(hào)功率,同時(shí)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(hào)功率,可 能會(huì)使得S11和S22測(cè)量誤差增大。如果對(duì)于多端口VNA,還需要選擇測(cè)試port。

 

2、選擇校準(zhǔn)件,選擇校準(zhǔn)方法,通過儀器校準(zhǔn)的Guide完成校準(zhǔn)

 

每 個(gè)公司都有不同的規(guī)格的校準(zhǔn)件,例如N型的,SMA型的,這個(gè)在校準(zhǔn)之前一定要選擇好,這個(gè)是因?yàn)閺S家提供的校準(zhǔn)件,開路短路負(fù)載等也不是理想的反射系數(shù) 分別為1,-1和0。同公司的VNA中會(huì)定義校準(zhǔn)件,將校準(zhǔn)件的特性預(yù)先存入VNA,以便校準(zhǔn)時(shí)求解誤差方程。因此,如果校準(zhǔn)件選擇不當(dāng),校準(zhǔn)的意義也就 沒有了。

 

在校準(zhǔn)過程中,顯示format對(duì)于校準(zhǔn)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(gè)不影響校準(zhǔn)。已SOLT為例,首先進(jìn)行單端口校準(zhǔn),分別將開路短路負(fù)載加至VNA的port1和port2,按照儀器指示進(jìn)行完成校準(zhǔn),再連接Thru件,完成直通校準(zhǔn)。

 

3、校準(zhǔn)結(jié)果檢查

 

這一步不是必須的,但個(gè)人覺得作為一個(gè)優(yōu)秀的射頻工程師,這一步是至關(guān)重要的。

 

開路校準(zhǔn)特性的檢查:校準(zhǔn)完成后,將開路件取下,顯示S11和S22的Smith Chart,良好的校準(zhǔn)使得測(cè)試顯示曲線在整個(gè)測(cè)量頻率范圍內(nèi)都在Smith Chart的開路點(diǎn)。負(fù)載校準(zhǔn)特性的檢查:校準(zhǔn)完成后,將測(cè)試端口連接負(fù)載件,測(cè)試S11和S22的Smith Chart,良好的校準(zhǔn)使得測(cè)試曲線在整個(gè)測(cè)量頻率范圍內(nèi)都在Smith Chart的中心點(diǎn)。

 

直通檢查:校準(zhǔn)完成后,將兩端口連接Thru件,測(cè)試S12或者S21的dB曲線,良好的校準(zhǔn)使得測(cè)試曲線在整個(gè)頻率范圍內(nèi)平坦,且都在0dB。

 

 

 

 


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