矢量网络分析仪的校准技术

©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/1矢量网络分析仪的校准技术Rohde&SchwarzPushinglimits©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/2罗德与施瓦茨中国有限公司安毅产品经理Tel:010-64312828Email:[e-mail]©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/3主要内容概述系统误差模型校准方法及应用©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/4概述测量原理©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/5概述矢量网络分析仪的结构©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/6概述矢量网络分析仪的结构©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/7概述矢量网络分析仪的结构©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/8概述三通道矢量网络分析仪Port1Port2Ref.ChannelR1Meas.ChannelASourceMeas.ChannelBTestset©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/9概述四通道矢量网络分析仪Port1Port2Ref.ChannelR1Meas.ChannelASourceRef.ChannelR2Meas.ChannelBTestset©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/10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©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/11系统误差模型5误差项模型11121314212223243132333441424344[]kkkkkkkkKkkkkkkkk11122122[]ttTtt©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/12系统误差模型误差网络变换224466frtmbmbmb111212122121112221220rftmRRmaRRbaTTbmTT©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/13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。1111121212112212:0:::tmatchbShortbaOpenbaThroughabbaaTbmTb©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/14系统误差模型10误差项模型（三通道矢量网络分析仪）©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/15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。(R’11,R’22,R’12R’21,T’11,T’21R’21和T“11,T“22,T“12T“21,R“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©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/16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©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/17系统误差模型7误差项模型(四通道矢量网络分析仪)©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/18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©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/19系统误差模型端口互耦消除的误差模型©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/20系统误差模型15误差项模型(四通道）©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/21系统误差模型15误差项模型(四通道）©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/22系统误差模型15误差项模型(四通道）©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/23系统误差模型15误差项模型(四通道）(a)-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©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/24系统误差模型22误差项模型(三通道）©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/25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©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/26校准方法及应用校准技术主要参考文献[1]Churchill,H.M.,Susman,L.,“ASix-PortAutomaticNetworkAnalyzer“,IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,MTT-25,1977,pp.1086-1091[2]Engen,G.F.,Hoer,C.A.,“Thru-Reflect-Line:AnImprovedTechniqueforCalibratingtheDualSixPortAutomaticNetworkAnalyzer“,IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,MTT-27,1979,pp.987-993[3]Eul,H.-J.,Schiek,B.,“Thru-Match-Reflect:OneResultofaRigorousTheoryforDe-embeddingandNetworkAnalyzerCalibration“,Proceedingsofthe18thEuropeanMicrowaveConference,September12-16,Stockholm(Sweden),1988,pp.909-914[4]Eul,H.-J.,Schiek,B.,“AGeneralizedTheoryandNewCalibrationProceduresforNetworkAnalyzerSelf-Calibration“,IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,MTT-39,1991,pp.724-731[5]Heuermann,H.,Schiek,B.,“TheIn-FixtureCalibrationProcedureLine-Network-Network-LNN“,Proceedingsofthe23rdEuropeanMicrowaveConference,September6-9,Madrid(Spain),1993,pp.500-505[6]Heuermann,H.,Schiek,B.,“ResultsofNetworkAnalyzerMeasurementswithLeakageErrorsCorrectedwiththeTMS-15-TermProcedure“,ProceedingsoftheIEEEMTT-SInternationalMicrowaveSymposium,May23-27,SanDiego(California),1994,pp.1361-1364©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/27校准方法及应用校准方法分类NORMALIZATION包括反射与传输的归一化，提供了最快的测量速度。FULLONEPORT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。ONEPATHTWOPORT前二者的合成，适用于单向传输测试，如放大器。FULLTWOPORT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©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/28校准方法及应用全双端口校准技术TOM5inherentverificationCalibrationprocedureNumberofCalibrationstepsSpecialfeatureTRMTNATRLTOM-X5especiallyfortestfixtures4highdirectivity3especiallyfortestfixtures5(9)eliminatescrosstalkTOSM7classicalprocedure©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/29校准方法及应用TOSM－经典的全双端口校准技术©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/30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©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/31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。©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/32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©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/33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，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©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/34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©Rohde&Schwarz中国培训中心–技术研讨会©2004/AnYi/35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，