矢量網(wǎng)絡(luò)分析的校準(zhǔn):SOLT、TRL與Ecal

　　利用Ecal（電子校準(zhǔn)）模塊

　　為確保溫度穩(wěn)定，Ecal模塊在一個(gè)加熱的板上使用一組固態(tài)阻抗標(biāo)準(zhǔn)件。在網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)期間，Ecal模塊在關(guān)閉修正功能的情況下測(cè)量這些固態(tài)阻抗標(biāo)準(zhǔn)件，然后將這些原始（未修正的）測(cè)量結(jié)果與ECal模塊內(nèi)部閃存中保存的阻抗標(biāo)準(zhǔn)件預(yù)期性能值進(jìn)行比較。網(wǎng)絡(luò)分析儀讀取阻抗?fàn)顟B(tài)值，并用這些值與測(cè)量值進(jìn)行比較，再使用比較之后得到的差值計(jì)算校準(zhǔn)系數(shù)（或誤差項(xiàng)）。

　　要想最大限度地減少校準(zhǔn)過(guò)程中的人為誤差，ECal是一個(gè)極好的選擇。ECal模塊必須通過(guò)USB連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀上才能使用。ECal模塊經(jīng)過(guò)預(yù)熱后，工程師將會(huì)把它連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試端口上，并在校準(zhǔn)菜單中選中ECal。該模塊會(huì)自動(dòng)感知端口連接并開(kāi)始其校準(zhǔn)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程（通常用時(shí)不到30秒）具有高度的可重復(fù)性，并且正確執(zhí)行時(shí)可獲得比其他許多手動(dòng)校準(zhǔn)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(guò)執(zhí)行某些VNA提供的用戶表征功能進(jìn)行重新表征。ECal模塊附帶有同軸連接器，當(dāng)連接同軸波導(dǎo)適配器之后，Ecal模塊可執(zhí)行用戶表征，從而能夠作為波導(dǎo)模塊使用。

　　校準(zhǔn)技術(shù)及技術(shù)間的折中

　　用戶在決定采用哪種校準(zhǔn)技術(shù)時(shí)，往往會(huì)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(zhǔn)方法當(dāng)然是最理想的。但遺憾地是，我們往往需要在這兩個(gè)因素之間做一個(gè)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(zhǔn)技術(shù)匯集到一起，對(duì)它們所要求的技術(shù)水平及可重復(fù)性、成本和精度做了比較。結(jié)果分成低(L)、中(M)、高(H)三個(gè)檔次。

　　因?yàn)?端口校準(zhǔn)是最常見(jiàn)的應(yīng)用，所以一般情況下，表2中提供的是2端口校準(zhǔn)的SOLT值。相反，1端口SOL校準(zhǔn)不要求直通，所以不包括直通標(biāo)準(zhǔn)件所引起的任何測(cè)量不確定度，因此通常會(huì)更精確一些。因?yàn)門(mén)RL校準(zhǔn)不適用于1端口測(cè)量，所以此處只提供2端口TRL及其衍生校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

　　測(cè)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(biāo)內(nèi)測(cè)量實(shí)際值的能力。典型的網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠測(cè)量百分之一分貝數(shù)量級(jí)的功率和毫度級(jí)相位。只有使用適當(dāng)?shù)男?zhǔn)和測(cè)量方法，才能達(dá)到這種精度級(jí)別。適當(dāng)?shù)倪B接器操作、扭力、儀器操作和其他最佳實(shí)踐對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量精度的影響，要比所選擇的校準(zhǔn)方法影響更大。較差的校準(zhǔn)行為產(chǎn)生的誤差可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)表2中顯示的結(jié)果。

　　廣義上說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)分析儀沒(méi)有固有的可保證精度。在校準(zhǔn)過(guò)程中，這些儀器依靠對(duì)已知標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量建立一個(gè)基準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)分析儀在校準(zhǔn)過(guò)程中與標(biāo)準(zhǔn)件的背離程度決定了它的精度。進(jìn)行正確的校準(zhǔn)是確保最佳測(cè)量性能的基礎(chǔ)。

　　失配測(cè)量的不確定度

　　考慮一條用于連接網(wǎng)絡(luò)分析儀和被測(cè)件（DUT）的電路線軌，其特征阻抗具有10%的誤差（例如，50Ω網(wǎng)絡(luò)分析儀的特征阻抗為55Ω）。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算可以得出，源和負(fù)載的反射系數(shù)為0.05，相當(dāng)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?，F(xiàn)在再來(lái)看一條在網(wǎng)絡(luò)分析儀和被測(cè)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(yīng)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(shuō)明了這種關(guān)系。

　　網(wǎng)絡(luò)分析儀和被測(cè)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(dāng)?shù)呐ちΦ纫蛩?，都可能引起每個(gè)元件的特征阻抗發(fā)生變化。這些因素的累積效應(yīng)將會(huì)產(chǎn)生巨大的測(cè)量不確定度。

　　上述實(shí)例說(shuō)明使用良好測(cè)量方法的重要性，包括對(duì)連接器進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)和清潔、施加適當(dāng)?shù)呐ち?、盡量少用連接器以及在校準(zhǔn)和設(shè)備測(cè)量過(guò)程中使用優(yōu)質(zhì)的電纜和元器件。

　　最大限度減少校準(zhǔn)過(guò)程中的噪聲

　　在校準(zhǔn)過(guò)程中，除了要使用好的測(cè)量方法之外，還應(yīng)該把環(huán)境和噪聲的影響降到最低。這將會(huì)改善測(cè)量結(jié)果的可重復(fù)性、精度和穩(wěn)定性。如果有輻射或傳導(dǎo)電子噪聲，那么應(yīng)使用濾波和屏蔽來(lái)降低噪聲。使用特定的儀器設(shè)置，可進(jìn)一步降低噪聲對(duì)測(cè)量的影響：

　　● 將網(wǎng)絡(luò)分析儀的激勵(lì)功率設(shè)置到最高，以最大限度地增加被測(cè)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(guò)減少隨機(jī)白噪聲的影響進(jìn)一步提高信噪比。校準(zhǔn)后可關(guān)閉平均算法，但是測(cè)量噪聲會(huì)增加。
　　● 為減少程序誤差的風(fēng)險(xiǎn)，強(qiáng)烈建議在執(zhí)行校準(zhǔn)之前檢查儀器設(shè)置和被測(cè)件的連接情況。