VNA使用方法:矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)和測(cè)試方法

關(guān)鍵字： VNA 精確測(cè)量 單端口DUT

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(guò)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(xiàn)性矩陣?yán)碚?，需要建立三個(gè)不相關(guān)的方程來(lái)求解。校準(zhǔn)的原理就是建立這三個(gè)方程。

通過(guò)在測(cè)試面加入三個(gè)已知特性的校準(zhǔn)件，例如開(kāi)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(guò)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(xiàn)性方程，通過(guò)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(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算，消除三個(gè)誤差項(xiàng)帶來(lái)的影響，顯示給用戶(hù)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(guò)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(guò)程，去嵌入的本質(zhì)得到誤差網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)，通過(guò)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(xiàn)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(wú)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(guò)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(guò)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(kāi)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(méi)有了。

在校準(zhǔn)過(guò)程中，顯示format對(duì)于校準(zhǔn)是沒(méi)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(kāi)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(jué)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(kāi)路校準(zhǔn)特性的檢查：校準(zhǔn)完成后，將開(kāi)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(xiàn)在整個(gè)測(cè)量頻率范圍內(nèi)都在Smith Chart的開(kāi)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(xiàn)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(xiàn)，良好的校準(zhǔn)使得測(cè)試曲線(xiàn)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)平坦，且都在0dB。