矢量网络分析仪校准方法

实验室特写


F
eatured
Lab

矢量网络分析仪校准方法研究


Research
on
Calibration
Methods
of
Vector
Network
Analyzers

全凌云（中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东
青岛
266555）
Quan
Ling-yun
(The
41st
Institute
of
CETC,
Shandong
Qingdao
266555)


摘要：文章简单介绍了矢量网络分析仪的工作原理和误差修正原理，研究了矢量网络分析仪的校准
方法及其适用范围，并探讨了实际校准过程中需要注意的一些问题。
关键词：矢量网络分析仪；误差修正；双端口校准
中图分类号：TM935文献标识码：A文章编号：1003-0107(20010）03-0061-03Abstract:Theworkingprincipleanderrorcorrectionprincipleareintroducedbrieflyinthepaper.Calibrationmethodsofvectornetworkanalyzersandtheirapplicabilityarestudied.Somenoteworthyquestionsduringrealcalibrationarediscussedfinally.
Keywords:VectorNetworkAnalyzer;ErrorCorrection;DualPortsCalibrationCLCnumber:TM935Documentcode:AArtecleID:1003-0107(2010)03-0061-03
1引言

矢量网络分析仪是一种高性价比、高性能的智能化测量
仪器，它将激励信号源、S参数测试微波电路和幅相接收机有
机的结合起来，集中在一个机箱内，集成了现代微波技术、电
子技术和计算机技术，使其测量速度、测量精度和智能化程度
都达到了很高的水平。高效、强大的误差修正能力、优良的硬
件设备，使矢量网络分析仪能够对微波网络参数进行全面、精
确的测量。

矢量网络分析仪的测量误差可分为系统误差、随机误差
和漂移误差。矢量网络分析仪校准是消除系统误差对被测件
的影响从而提高精度的一种方法，即通过测量已知的标准件，和漂移误差。系统误差是由于仪器的硬件电路性能指标不理
利用测量结果来表征系统，以消除分析仪的系统误差。在实际想所引起。若这些误差不随时间而变，则它们可以通过校准来

测量过程中，正确实施校准，是保证矢量网络分析仪测量精度表征，且可以在测量过程中用数学处理方式予以消除。网络测
的前提。
量中所涉及的系统误差与信号泄漏、信号反射和频率响应有
关。有六种类型的系统误差，即与信号泄漏有关的方向误差和
2矢量网络分析仪的工作原理串扰误差、与反射有关的源失配和负载阻抗失配误差、由测试
矢量网络分析仪主要用于测量器
件和网络的反射特性和接收机内部的反射和传输跟踪引起的频率响应误差。随机误

传输特性，它由合成信号源、S参数测试装置、幅相接收机及显差以随机方式随时间而变，因而它们不可预测，故不能通过校
示等四部分组成，其原理框图如图
1所示。合成信号源产生扫准来消除。造成随机误差的主要因素是

仪表噪声（如取样器噪
频信号，此信号与幅相接收机中心频率实现同步扫描；
S参数声和中频本底噪声）、开关重复性和连接器重复性。使用网络
测试装置用于分离被测件的入射信号
R、反射信号
A和传输分析仪时，通过增大源功率、将中频带宽变窄或对迹线多次扫
信号
B；幅相接收机将射频信号转换成频率固定的中频信号。描取平均，可以有效降低噪声误差均。矢量网络分析仪完成一
为了真实测量出被测网络的幅度特性、相位特性，要求在频率次校准后，其测试性能还会随时间发生漂移，产生漂移误差。
变换过程中，被测信号幅度信息和相位信息都不能丢失，因此漂移误差主要是由温度变化引起的，可以通过辅助校准来消

必须采用系统锁相技术。显示部分将测量结果以各种形式显除。漂移的速率决定了需要进行辅助校准的频繁程度。精确控
示出来。
制环境温度，往往能将漂移误差减至最小，从而减少校准频

次。


3矢量网络分析仪误差修正的基本原理
3.2误差修正类型

3.1误差源和误差类型误差修正有两种基本类型即响应（归一化）修正和矢量修
矢量网络分析仪的测量误差可分为系统误差、随机误差正。


图
1矢量网络分析仪原理框图


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认证与实验室

响应校准执行过程比较简单，但只能修正
12种可能系统
误差项中的少数几项（即反射和传输跟踪误差项）。响应校准
是一种归一化的测量，参考迹线被储存至矢量网络分析仪的
存储器，而所储存的迹线通过除法运算转会为供归一化用的
测量数据。矢量误差修正是消除系统误差的更彻底的方法。这
类误差修正要求一个能测量相位和幅度的网络分析仪和一套
已知其电气特性的校准标准。

矢量修正通过以下过程来消除各项系统误差：对已知校
准件进行测量，将这些测量结果储存到矢量网络分析仪的存
储器内，然后利用误差模型从后续测量中去除系统误差的影
响。这个校准过程考虑了所有的主要系统误差源，可实现很高
的测量精度。不过它比响应校准需要更多的测量标准和更多
的测量步骤。矢量误差修正的两种主要形式是单端口校准和
双端口校准（也叫全二端口校准）。


4误差校准方法


4.1校准件
对矢量网络分析仪校
准之前首先要选好校准件。校准件
即为标准件，其技术指标是可表征的且是已知的。常用的校准
件有开路器、短路器、固定匹配负载、滑动匹配负载和精密空
气线等。根据精密度的不同可将校准件分成经济型、标准级、
精密级三个级别。经济型校准件主要有开路器、短路器和固定
匹配负载；标准级校准件

主要有开路器、短路器和滑动匹配负
载；精密级校准件主要有开路器、短路器、低频固定负载和精
密空气线。每一个校准件都有严格的数学定义，该数学定义通
常存放在磁盘中供矢量网络分析仪调用。校准时应根据实际
使用校准件的类型在矢量网络分析仪设置中进行相应的选
择。


4.2校准类型与适用范围
矢量网络分析仪常用的校准类型有：
①响应校准：仅修正传输跟踪或反射跟踪的一个误差项。
②响应与隔离校准：修正传输跟踪和串扰两个误差项。
③单端口校准：修正方向性、源匹配和反射跟踪三个误差
项。
④双端口校准：修正正反两个方向的方向性、串扰、源匹
配、负载匹配、反射和传输跟踪各六个误差项，总共
12项误
差。
⑤TRL*校准：修正正反两个方向上的
8个误差项。
应根据被测件所要求的精度等级选择合适的最快速的校
准类型。不同的校准类型有不同的适用范围。不同校准类型适
用的范围，如表
1所示。


4.3校准步骤
首先应根据被测件的测量需要选择不同的校准类型。如
测量端口回波损耗或驻波比选择单端口校准；测量隔离度选
择频响与隔离校准；测量器件的插入损耗采用响应校准；如果

表
1不同校准类型适用的范围


校准类型对应测量类型去除误差所需校准件
响应
对传 …… 此处隐藏：4864字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……