矢量网络分析仪的校准技术PPT

1、矢量网络分析仪的校准技术,Rohde&Schwarz Pushing limits,罗德与施瓦茨中国有限公司,安毅 产品经理 Tel: 010-6431 2828 Email: Adams.Anrsbp.rohde-,主要内容,概述 系统误差模型 校准方法及应用,概述,测量原理,概述,矢量网络分析仪的结构,概述,矢量网络分析仪的结构,概述,矢量网络分析仪的结构,概述,三通道矢量网络分析仪,概述,四通道矢量网络分析仪,概述,测量误差 系统误差 矢量网络分析仪内部测试装置的系统响应 外部测试装置的系统响应 随机误差 测试装置的稳定性 仪器的稳定性,系统误差模型,5误差项模型,系统误差模型,误差网络

2、变换,系统误差模型,5误差项模型的校准 如采用TOSM四个标准件进行校准，则可以根据由标准件所决定的端口信号之间的关系确定矩阵R和T的参数。,系统误差模型,10误差项模型（三通道矢量网络分析仪）,系统误差模型,开关切换对于误差模型的影响 因为开关位于参考接收机和三端口误差网络R,T之间，所以在四端口误差网络K中包含了下列影响： 位置1 功率分配器，开关（位置1）和三端口误差网络R 位置2 功率分配器，开关（位置2)和三端口误差网络T 前向和反向测量时，对应的误差网络和误差项不同。 (R11, R22, R12R21, T11, T21 R21 和 T“11, T“22, T“12T“21, R

3、“22, T“12R“12) 称为10误差项模型 在10误差项模型中加入开关的泄漏误差，eI0，eII0。 称为12误差项模型,系统误差模型,10(12)误差项模型中对开关的要求 高重复性 高隔离度（大于VNA本身的动态范围) 无需良好匹配 可以有损耗 两个切换位置无需相等,系统误差模型,7误差项模型(四通道矢量网络分析仪),系统误差模型,7误差项模型,将八个误差现进行归一化,得到七个误差项,系统误差模型,端口互耦消除的误差模型,系统误差模型,15误差项模型(四通道）,系统误差模型,15误差项模型(四通道）,系统误差模型,15误差项模型(四通道）,系统误差模型,15误差项模型(四通道） (a)

4、-无端口互耦，采用TRM进行校准，只测量DUT (b)-以20dB衰减器模拟端口互耦，TRM校准，测量DUT (c)-以20dB衰减器模拟端口互耦，采用15误差项校准方法（如TMSO）进行校准，测量DUT,系统误差模型,22误差项模型(三通道）,系统误差模型,22误差项模型(三通道） 下表列出了可能的校准标准件的组合 需要至少两个传输标准件 为了达到最好的校准性能，A标准件应具有180度相移,校准方法及应用,校准技术主要参考文献 1 Churchill, H. M., Susman, L., “A Six-Port Automatic Network Analyzer“, IEEE Trans

5、actions on Microwave Theory and Techniques, MTT-25, 1977, pp. 1086-1091 2 Engen, G. F., Hoer, C. A., “Thru-Reflect-Line: An Improved Technique for Calibrating the Dual Six Port Automatic Network Analyzer“, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, MTT-27, 1979, pp. 987-993 3 Eul, H.-J.,

6、Schiek, B., “Thru-Match-Reflect: One Result of a Rigorous Theory for De-embedding and Network Analyzer Calibration“, Proceedings of the 18th European Microwave Conference, September 12-16, Stockholm (Sweden), 1988, pp. 909-914 4 Eul, H.-J., Schiek, B., “A Generalized Theory and New Calibration Proce

7、dures for Network Analyzer Self-Calibration“, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, MTT-39, 1991, pp. 724-731 5 Heuermann, H., Schiek, B., “The In-Fixture Calibration Procedure Line- Network-Network-LNN“, Proceedings of the 23rd European Microwave Conference, September 6-9, Madrid (S

8、pain), 1993, pp. 500-505 6 Heuermann, H., Schiek, B., “Results of Network Analyzer Measurements with Leakage Errors Corrected with the TMS-15-Term Procedure“, Proceedings of the IEEE MTT-S International Microwave Symposium, May 23-27, San Diego (California), 1994, pp. 1361-1364,校准方法及应用,校准方法分类 NORMAL

9、IZATION 包括反射与传输的归一化，提供了最快的测量速度。 FULL ONE PORT 校准一个端口的T、D、S误差项，适用于精确测量端口的反射。 ONE PATH TWO PORT 前二者的合成，适用于单向传输测试，如放大器。 FULL TWO PORT 适用于双向测量，可校准两个端口，并进行所有S参数的测量。提供了最高的精度,校准方法及应用,全双端口校准技术,校准方法及应用,TOSM经典的全双端口校准技术,校准方法及应用,TOSM经典的全双端口校准技术 through/open/short/match 由于是三通道，所以前向和反向通道中的误差项不同 12个误差项 泄漏设为常数 4个校准

10、件的10个已知参数可以确定10个误差项 缺点： 7个校准步骤 需知道所有校准件的参数 无法克服校准误差,校准方法及应用,TOSM校准方法的扩展 端口泄漏补偿 两个端口需要两个匹配负载 校准和测量过程可能会呈现不同的泄漏特性 在校准过程中，两个端口完全匹配，进行隔离测量。所以，只有测量端口良好匹配的被测件能被准确测量，如果被测件端口反射很大，则可能会导致较大的测量误差。,校准方法及应用,TOSM校准方法的扩展 滑动负载 非理想匹配标准件的补偿 高频测量时所需的校准标准件 提高有效方向性 提高幅度和相位精度,校准方法及应用,校准方法的改进 TOSM校准方法存在的不足 需要校准标准件的全部参数：例如

11、，长度，损耗，寄生电容，寄生电感等。 不能对校准的质量做进一步的评估和检测。 改进方法 减少所需的校准标准件 采用无需全部参数已知的校准标准件 应用范围 测试夹具，芯片，PCB等,校准方法及应用,三个标准件的校准方法 七误差项模型 适用于多种应用场合 TOM带有内部认证 TNA,TRM,TRL适用于PCB，芯片，测试夹具等,校准方法及应用,TOM through/open/match 适用于四通道仪器，采用7误差项的模型 3个校准件具有八个已知参数，用来估计7个误差项 多出的一个等式用于认证校准结果正确与否，称为内部认证，从而保证校准精度，避免校准误差，在生产应用中具有很高的可靠性。 只需五个

12、步骤 适用于同轴系统,校准方法及应用,TRM through/reflect/match R可以未知，但在两个测试端口需相等 适用于测试夹具的校准 7误差项模型，T具有4个已知参数，M具有两个 R对称提供一个，从而可以估计7个误差。 如将端口空载，则只需3个步骤。 SHORT可以用来验证校准结果,校准方法及应用,TNA through/network/attenuator 利用三个双端口器件进行校准。 network参数可以未知，但需对称。 attenuator的衰减可以未知，但需良好匹配 T、N、A提供了七个已知参数进行7个误差 项的估计。 如将端口空载，则只需2步校准。 适于夹具和芯片校准

13、。 SHORT可以用来验证校准结果。,校准方法及应用,夹具测量,校准方法及应用,Through标准件的制作示例 S11/S22取决于线的几何结构，基片的介电常数和厚度。 S21/S12取决于线的电长度,校准方法及应用,Attenuator标准件的制作示例 S11=S22=0 S21/S12可以任意选择，并且未知。但是要有别于Through.,校准方法及应用,Network标准件 可以简单地将端口空载 对称性主要由适配器来保证 无需Network标准件,校准方法及应用,TNA应用示例,校准方法及应用,TNA校准夹具,校准方法及应用,TNA校准标准件,校准方法及应用,TNA应用示例,校准方法及应用

14、,TRL Through/Reflect/Line 标准件Line和Through的长度差不能等于半波长的整数倍。 以避免奇异点的出现。 校准的频率范围受到限制，换言之，终止频率和起始频率的最大比值为8:1,校准方法及应用,TRL 增加校准标准件来扩展校准频率范围(Line2,Match) 高端频率的扩展：Line2的长度较Line1短，从而可以覆盖更高的频率范围。例如Line2=2Line1/3。 低端频率的扩展：对于扫描频率低于较长的Line所对应的20度限制值，可以采用Match进行TRM校准。,校准方法及应用,TOM-X 将2个双端口误差模型推广为一个四端口误差模型 15项误差 消除端

15、口互耦,校准方法及应用,Factory Calibration 全双端口校准 无用户自校准时，数据激活 参考面位于Port1/Port2（或测试电缆端口） 所有矢量网络分析仪均提供工厂校准 即使没有用户自校准，也可以满足大部分测量的精度要求,校准方法及应用,功率校准 需要功率探头和功率计 可以对下列项目进行功率校准： ZVx输出功率的修正 外部源输出功率的修正 接收机通道的修正 在测量参考面获得最高的电平精度 可对任意功率电平进行校准，甚至是驱动放大器的输出功率 变频测量时，不能采用系统误差补偿技术,校准方法及应用,功率校准 采用外部功率计来校准内部信号源 采用校准后的内部源来校准接收机 校准精度受功率探头的限制，一般要好于0.1dB,校准方法及应用,T-Check 快速测试矢量网络分析仪的测量精度 校准矢量网络分析仪 测量T-Checker的所有S参数 将数据保存为*.s2p的格式 利用评估软件来得到当前仪器设备的不确定性,校准方法及应用,T-C