矢網(wǎng)校準(zhǔn)到底在較什么呢？

矢網(wǎng)，全稱為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，主要用來(lái)測(cè)試S參數(shù)。在使用之前，我們都會(huì)有一個(gè)校準(zhǔn)步驟，但是我們到底在較什么呢？

矢網(wǎng)是怎樣的？

在了解矢網(wǎng)內(nèi)部框圖的時(shí)候，我們需要先了解S參數(shù)的定義。因?yàn)槭妇W(wǎng)的主要功能，就是測(cè)試各種部件的S參數(shù)。

由此可見，假設(shè)要測(cè)試一個(gè)兩端口的器件，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，需要以下幾個(gè)步驟：

(1) 先給DUT的端口1發(fā)射一信號(hào)，然后測(cè)試出其返回來(lái)的功率，即可計(jì)算出S11

(2) 測(cè)試步驟(1)中，從端口2出來(lái)的信號(hào)功率，即可計(jì)算出S22

(3) 再給DUT的端口2發(fā)射一信號(hào)，然后測(cè)試出其返回來(lái)的功率，即可計(jì)算出S22

(4) 測(cè)試步驟(2)中，從端口1出來(lái)的信號(hào)功率，即可計(jì)算出S11.

上圖是矢網(wǎng)的框圖，可以看到矢網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念，主要來(lái)源于S參數(shù)的定義。

源通過(guò)開關(guān)，分別作為端口1或者端口2的輸入。通過(guò)定向耦合器分離出入射信號(hào)和反射信號(hào)，即分別測(cè)試出bn和an。

那為什么要校準(zhǔn)呢？

上面的矢網(wǎng)框圖是理想框圖。定向耦合器的定向性是無(wú)窮大、反射信號(hào)和入射信號(hào)是完全被區(qū)分開的，矢網(wǎng)內(nèi)部各種器件都是理想匹配的，連接電纜之間是沒(méi)有插損的。

但是理想和現(xiàn)實(shí)的差距是有差距的。

所有的模擬器件都有非理想特性，比如器件之間的失配，電纜的插損，定向耦合器的不理想定向性等。這些都是實(shí)實(shí)在在存在的誤差，這些誤差造成了DUT實(shí)際S參數(shù)和矢網(wǎng)測(cè)試出來(lái)的S參數(shù)的差別。所以，校準(zhǔn)的目的，就是將這些誤差減小到最小。

校準(zhǔn)都在干什么?

假設(shè)我們要對(duì)一兩端口器件進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)矢網(wǎng)內(nèi)部的誤差來(lái)源，可得到矢網(wǎng)的誤差模型，如下圖所示。

這里，對(duì)所有的信號(hào)通路上的誤差都做了映射，包括主信號(hào)通路、線路損耗、失配誤差、泄露誤差等。

這像蜘蛛網(wǎng)一樣的信號(hào)流圖，是否看的頭都暈了，沒(méi)關(guān)系，已經(jīng)有人幫我們把模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，如下圖所示。這個(gè)就比較適合數(shù)學(xué)不太好的人看了，比如我。

同樣，反方向也有6個(gè)誤差參數(shù)。

正反方向加起來(lái)，即為12個(gè)誤差參數(shù)，稱之為12-term error mode。其中l(wèi)eakage error是指混頻器的本振通路之間的泄露，不是指射頻切換開關(guān)，這個(gè)12誤差模型是假設(shè)開關(guān)的隔離度是理想的。

上面的公式中，S11、S22、S21、S12是我們需要測(cè)試的DUT的S參數(shù)，S11M、S22M、S21M、S12M是矢網(wǎng)內(nèi)部測(cè)試到的S參數(shù)。

這兩組S參數(shù)通過(guò)信號(hào)流圖巧妙地聯(lián)系起來(lái)了，形成了4個(gè)公式，其中包括待解誤差。我們只需要把這些誤差參數(shù)計(jì)算出來(lái)，則可以通過(guò)矢網(wǎng)測(cè)到的S參數(shù)推算出DUT實(shí)際的S參數(shù)。

講講經(jīng)常用的TOSL校準(zhǔn)方法

說(shuō)說(shuō)我經(jīng)常采用的兩端口校準(zhǔn)，即使用開路、短路、匹配負(fù)載、直通四個(gè)校準(zhǔn)件，采用的即是這種12-term校準(zhǔn)模式。

下面將我們的校準(zhǔn)步驟與上面的公式一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。

簡(jiǎn)單起見，這里假設(shè)這些校準(zhǔn)件都是理想校準(zhǔn)件。即open校準(zhǔn)件的反射系數(shù)為1,；short校準(zhǔn)件的反射系數(shù)為-1；match校準(zhǔn)件的反射系數(shù)為0；直通校準(zhǔn)件的S11=S22=0，S21=S12=0。

當(dāng)然實(shí)際過(guò)程中，不可能理想；但是雖然不理想，但這些值都是已知的，所以也可以據(jù)此進(jìn)行推算。

一般我們校準(zhǔn)的時(shí)候，會(huì)這樣：

(1) 對(duì)port1分別連接open，short和匹配負(fù)載。

   這是在這可以干什么呢？   其實(shí)通過(guò)這三步操作，可以計(jì)算出e11，e00和e10e01。代入公式，即可算出上述誤差    值。具體可以參見單端口網(wǎng)分什么原理？。

(2) 對(duì)port2分別連接open,short和匹配負(fù)載?；就襟E(1)。

(3) 對(duì)port1和port2兩邊分別接上匹配負(fù)載，進(jìn)行隔離度校準(zhǔn)。

   這又在干什么呢？   這可以之間計(jì)算出e30以及e’03。不過(guò)，從我參加工作以來(lái)，校準(zhǔn)的時(shí)候，都沒(méi)有用    過(guò)這個(gè)步驟，也就是沒(méi)有校正過(guò)隔離度。其實(shí)，從原理上看，是應(yīng)該較的。

(4) 在兩端口接上直通，這又是在計(jì)算什么呢？

  假設(shè)直通是完全匹配的，則可得到S11=S22=0，S21=S12=0，代入上述的公式，即可計(jì)    算出：

同樣，也可以計(jì)算出反方向?qū)?yīng)的誤差參數(shù)。

至此，可以得到上述4個(gè)公式中的12個(gè)誤差參數(shù)的值。

所以通過(guò)校準(zhǔn)步驟，我們可以較掉矢網(wǎng)上的大部分誤差，進(jìn)而獲得DUT的實(shí)際S參數(shù)。

當(dāng)然，也不是說(shuō)，一校準(zhǔn)，矢網(wǎng)就完全理想了?？傆幸恍┱`差，是校準(zhǔn)步驟較不掉的，比如說(shuō)噪聲、接收機(jī)的非線性特性等等。

參考文獻(xiàn)：Doug Rytting,Network Analyzer Error Models and Calibration Methods