矢量網(wǎng)絡分析的校準:SOLT、TRL與Ecal

　　利用Ecal（電子校準）模塊

　　為確保溫度穩(wěn)定，Ecal模塊在一個加熱的板上使用一組固態(tài)阻抗標準件。在網(wǎng)絡分析儀校準期間，Ecal模塊在關(guān)閉修正功能的情況下測量這些固態(tài)阻抗標準件，然后將這些原始（未修正的）測量結(jié)果與ECal模塊內(nèi)部閃存中保存的阻抗標準件預期性能值進行比較。網(wǎng)絡分析儀讀取阻抗狀態(tài)值，并用這些值與測量值進行比較，再使用比較之后得到的差值計算校準系數(shù)（或誤差項）。

　　要想最大限度地減少校準過程中的人為誤差，ECal是一個極好的選擇。ECal模塊必須通過USB連接到網(wǎng)絡分析儀上才能使用。ECal模塊經(jīng)過預熱后，工程師將會把它連接到網(wǎng)絡分析儀的測試端口上，并在校準菜單中選中ECal。該模塊會自動感知端口連接并開始其校準過程。這個過程（通常用時不到30秒）具有高度的可重復性，并且正確執(zhí)行時可獲得比其他許多手動校準技術(shù)更高的精度。

　　與其他方法不同，ECal模塊非常靈活，可使用不同的連接器通過執(zhí)行某些VNA提供的用戶表征功能進行重新表征。ECal模塊附帶有同軸連接器，當連接同軸波導適配器之后，Ecal模塊可執(zhí)行用戶表征，從而能夠作為波導模塊使用。

　　校準技術(shù)及技術(shù)間的折中

　　用戶在決定采用哪種校準技術(shù)時，往往會比較它們的精度和易用性。精度最高、技術(shù)水平要求最低的校準方法當然是最理想的。但遺憾地是，我們往往需要在這兩個因素之間做一個折中。

　　表2充分利用了安捷倫的研究結(jié)果，把本文中討論的校準技術(shù)匯集到一起，對它們所要求的技術(shù)水平及可重復性、成本和精度做了比較。結(jié)果分成低(L)、中(M)、高(H)三個檔次。

　　因為2端口校準是最常見的應用，所以一般情況下，表2中提供的是2端口校準的SOLT值。相反，1端口SOL校準不要求直通，所以不包括直通標準件所引起的任何測量不確定度，因此通常會更精確一些。因為TRL校準不適用于1端口測量，所以此處只提供2端口TRL及其衍生校準的數(shù)據(jù)。

　　測量精度的考慮因素

　　精度是指儀器在規(guī)定誤差技術(shù)指標內(nèi)測量實際值的能力。典型的網(wǎng)絡分析儀能夠測量百分之一分貝數(shù)量級的功率和毫度級相位。只有使用適當?shù)男屎蜏y量方法，才能達到這種精度級別。適當?shù)倪B接器操作、扭力、儀器操作和其他最佳實踐對網(wǎng)絡分析儀測量精度的影響，要比所選擇的校準方法影響更大。較差的校準行為產(chǎn)生的誤差可能會遠遠超過表2中顯示的結(jié)果。

　　廣義上說，網(wǎng)絡分析儀沒有固有的可保證精度。在校準過程中，這些儀器依靠對已知標準校準件進行測量建立一個基準。網(wǎng)絡分析儀在校準過程中與標準件的背離程度決定了它的精度。進行正確的校準是確保最佳測量性能的基礎。

　　失配測量的不確定度

　　考慮一條用于連接網(wǎng)絡分析儀和被測件（DUT）的電路線軌，其特征阻抗具有10%的誤差（例如，50Ω網(wǎng)絡分析儀的特征阻抗為55Ω）。經(jīng)過簡單的計算可以得出，源和負載的反射系數(shù)為0.05，相當于VSWR為 1:1.10。這就造成了0.01 dB的失配損耗和±0.02 dB的失配不確定度。現(xiàn)在再來看一條在網(wǎng)絡分析儀和被測件之間的反射系數(shù)為0.13的電路線軌，它的VSWR為1:1.30，這比1:2.0的 VSWR（通常在某些商業(yè)應用中指定）低得多。在這種情況下，失配損耗突然升至0.075 dB，失配不確定度為± 0.15 dB。圖4說明了這種關(guān)系。

　　網(wǎng)絡分析儀和被測件之間的連接可能包括電纜、適配器、電路線軌和夾具。劣質(zhì)元器件和電纜、帶有污垢或受到損壞的連接器以及不適當?shù)呐ちΦ纫蛩兀伎赡芤鹈總€元件的特征阻抗發(fā)生變化。這些因素的累積效應將會產(chǎn)生巨大的測量不確定度。

　　上述實例說明使用良好測量方法的重要性，包括對連接器進行適當?shù)木S護和清潔、施加適當?shù)呐ちΑ⒈M量少用連接器以及在校準和設備測量過程中使用優(yōu)質(zhì)的電纜和元器件。

　　最大限度減少校準過程中的噪聲

　　在校準過程中，除了要使用好的測量方法之外，還應該把環(huán)境和噪聲的影響降到最低。這將會改善測量結(jié)果的可重復性、精度和穩(wěn)定性。如果有輻射或傳導電子噪聲，那么應使用濾波和屏蔽來降低噪聲。使用特定的儀器設置，可進一步降低噪聲對測量的影響：

　　● 將網(wǎng)絡分析儀的激勵功率設置到最高，以最大限度地增加被測件的信噪比。
　　● 縮小中頻帶寬。這種折中方法是降低掃描速度。如果需要，可使用求平均值法，通過減少隨機白噪聲的影響進一步提高信噪比。校準后可關(guān)閉平均算法，但是測量噪聲會增加。
　　● 為減少程序誤差的風險，強烈建議在執(zhí)行校準之前檢查儀器設置和被測件的連接情況。