正確的校準(zhǔn)是使用網(wǎng)絡(luò)分析儀 VNA 的一個(gè)難點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA測量出來的S參數(shù)是否有錯(cuò)誤并不能通過VNA直接能檢查出來，只有導(dǎo)入仿真軟件仿真出結(jié)果發(fā)現(xiàn)有問題時(shí)可能會(huì)懷疑是S參數(shù)測量有問題,再返回來檢查VNA校準(zhǔn)VNA測量時(shí)的操作有沒有錯(cuò)誤。
網(wǎng)絡(luò)分析儀中的系統(tǒng)誤差分析
由于被測件的多樣性，使得矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)種類繁多，操作者容易出現(xiàn)誤區(qū)。有時(shí)候校準(zhǔn)出來的結(jié)果看很“漂亮”，但其實(shí)是錯(cuò)誤值。下面將列舉常見的誤區(qū)。
網(wǎng)絡(luò)分析儀測試過程中的誤差主要分為三類：系統(tǒng)誤差、 隨機(jī)誤差、 漂移誤差。

系統(tǒng)誤差
系統(tǒng)誤差是由于儀表內(nèi)部測試裝置的不理想引起，它是可預(yù)示和可重復(fù)出現(xiàn)的。 由于是不隨時(shí)間變化的，從而可以定量進(jìn)行描述。系統(tǒng)誤差可在測試過程中通過校準(zhǔn)消除。
?由于儀表內(nèi)部測試裝置的不理想引起
?變化有規(guī)律，可預(yù)示和可重復(fù)出現(xiàn)
?不隨時(shí)間變化，能夠被定量描述
?可通過校準(zhǔn)消除
隨機(jī)誤差
隨機(jī)誤差是不可預(yù)示的，因?yàn)樗噪S機(jī)形式存在，會(huì)隨時(shí)間變化，因此不能通過校準(zhǔn)消除。隨機(jī)誤差的主要來源為：儀表內(nèi)部噪聲(如：激勵(lì)源相位噪聲、 采樣噪聲、 中頻接收機(jī)本振噪聲等)，儀表的開關(guān)動(dòng)作重復(fù)性和連接器重復(fù)性也屬于隨機(jī)誤差。
?隨時(shí)間隨機(jī)變化，不可預(yù)示
?不能通過校準(zhǔn)消除
?引起隨機(jī)誤差的原因: 設(shè)備噪聲，開關(guān)重復(fù)性以及連接器重復(fù)性
漂移誤差
漂移誤差是儀表在校準(zhǔn)后測試裝置性能漂移。漂移誤差主要是由于溫度變化造成，可通過進(jìn)一步校準(zhǔn)消除。校準(zhǔn)后儀表能夠保持穩(wěn)定精度的時(shí)間長短取決于測試環(huán)境中儀表的漂移速度。
?校準(zhǔn)后儀表測試裝置性能漂移
?主要由溫度變化造成
?通過定期計(jì)量消除
?保持穩(wěn)定精度的時(shí)間長短取決與測試環(huán)境中儀表的漂移速度。
網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)誤差的具體分析
網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)可消除測試過程中出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差。
下面是反射特性測試過程中網(wǎng)絡(luò)分析儀存在的系統(tǒng)誤差的具體分析。

測試器件反射特性時(shí)網(wǎng)絡(luò)分析儀存在的誤差內(nèi)容
上圖中，正向的反射特性測試存在共 6 項(xiàng)誤差，反向測試存在對(duì)稱的 6 項(xiàng)測試誤差，
所以雙端口器件測試中共存在 12 項(xiàng)誤差。
測試器件反射特性時(shí)網(wǎng)絡(luò)分析儀存在的誤差內(nèi)容
相位測量功能使得VNA能夠精確地計(jì)算所有的誤差來源。方向誤差會(huì)影響反射測量的精度。隔離誤差會(huì)影響發(fā)射測量的精度。源和負(fù)載誤差與被測件和分析儀測量端口阻抗之間的失配有關(guān)。反射和發(fā)射跟蹤誤差與分析儀的參考接收機(jī)和測量接收機(jī)的頻率響應(yīng)差異有關(guān)。
1、 頻響誤差
網(wǎng)絡(luò)分析儀在掃頻狀態(tài)下工作，無論是儀表內(nèi)部的功分器， 定向耦合器，還是外接的轉(zhuǎn)換接頭和測試電纜等， 在工作頻帶范圍內(nèi)其特性都會(huì)隨頻率而變化。這些頻率響應(yīng)特性造成的測試誤差被稱為“頻響誤差”，也被稱為“跟蹤誤差”。 頻響誤差包括反射特性測試存在的反射跟蹤誤差以及傳輸特性測試存在的傳輸跟蹤誤差。
2、 方向性誤差
由于定向耦合器有限方向性造成的誤差為方向性誤差，方向性誤差引起的泄漏信號(hào)會(huì)疊加在真實(shí)的反射信號(hào)上，造成測試誤差。當(dāng)被測件端口匹配性能好時(shí)，方向性誤差對(duì)測試影響較大。
3、 端口失配誤差
反射指標(biāo)測試過程中，反射信號(hào)通過傳輸路徑返回儀表端口，儀表端口阻抗與傳輸線間會(huì)存在失配，該失配會(huì)造成信號(hào)二次入射，最終在傳輸路徑中的信號(hào)的多次入射，相應(yīng)又形成多次反射，這項(xiàng)誤差稱為源失配誤差。被測件匹配性能越差，該項(xiàng)誤差對(duì)測試的影響越明顯。
同樣，被測器件輸出的傳輸信號(hào)也會(huì)由于接收端阻抗失配造成反射，該信號(hào)會(huì)通過被測件的反向傳輸而疊加在真實(shí)反射信號(hào)上。從而形成負(fù)載失配誤差。如果被測件反向傳輸隔離性能較差，負(fù)載失配誤差的影響較大。
4、 隔離誤差
在網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部 R1、 A、 B 接收機(jī)應(yīng)該分別反映測試的輸入、 反射及傳輸信號(hào)。但這些接收機(jī)之間會(huì)存在信號(hào)串?dāng)_，對(duì)于高隔離被測器件(開關(guān)、 隔離器、 大范圍衰減器)的測試。該項(xiàng)誤差影響明顯。
網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)包括三個(gè)部分: 矢量校準(zhǔn)，相位校準(zhǔn)和功率校準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)分析儀的自動(dòng)校準(zhǔn)引導(dǎo)程序會(huì)告訴用戶一步步地完成這些校準(zhǔn)。
網(wǎng)絡(luò)分析儀矢量校準(zhǔn)
在進(jìn)行矢量校準(zhǔn)之前，用戶需要先設(shè)定校準(zhǔn)信號(hào)的功率。
在假設(shè)網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量裝置沒有做調(diào)整改動(dòng)的情況下，校準(zhǔn)信號(hào)功率的設(shè)定是 設(shè)定網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量端口上的信號(hào)的功率。任何接入到射頻信號(hào)路徑中的預(yù)放 大器和衰減器都會(huì)改變測量系統(tǒng)測量端口上的信號(hào)的功率，在計(jì)算真正的校準(zhǔn)功率的時(shí)候必須要考慮到這一點(diǎn)。
當(dāng)使用電子校準(zhǔn)件(ECal)的時(shí)候，請(qǐng)謹(jǐn)記，如果校準(zhǔn)信號(hào)的功率低于-18dBm 的話，電子校準(zhǔn)件不能進(jìn)行“自適應(yīng)調(diào)整”。
當(dāng)使用SOLT 機(jī)械校準(zhǔn)件(N 型接頭、APC-7 型接頭、3.5 毫米接頭或2.4 毫米接頭) 進(jìn)行校準(zhǔn)的時(shí)候，由于負(fù)載校準(zhǔn)件所能承受的功率有限，最大校準(zhǔn)功率在+27 dBm 到+33 dBm 之間。為了避免負(fù)載校準(zhǔn)件中產(chǎn)生過多的熱量，最好把校準(zhǔn)信號(hào)的功率控制在+20 dBm 以下。
當(dāng)使用沒有負(fù)載校準(zhǔn)件的TRL機(jī)械校準(zhǔn)件進(jìn)行校準(zhǔn)的時(shí)候，校準(zhǔn)信號(hào)的最大 功率主要由導(dǎo)致校準(zhǔn)件損壞的信號(hào)的電壓和器件的發(fā)熱特性決定，因此不帶負(fù)載校準(zhǔn)件的TRL校準(zhǔn)件比起SOLT校準(zhǔn)件來可以用于更大功率的校準(zhǔn)信號(hào)。
網(wǎng)絡(luò)分析儀相位校準(zhǔn)
NVNA測量需要在一個(gè)測量端口上使用相位參考校準(zhǔn)件進(jìn)行相位校準(zhǔn)。通常最好是在網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量端口1 上進(jìn)行相位校準(zhǔn)，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)分析儀 的測量端口1 的測量接收機(jī)通常比測量端口3 的測量接收機(jī)對(duì)信號(hào)的衰減量要小，比較小的測量接收機(jī)的衰減直接導(dǎo)致比較好的相位校準(zhǔn)結(jié)果。
作為一般的經(jīng)驗(yàn)，相位參考校準(zhǔn)件輸出信號(hào)的功率至少應(yīng)該比測量接收機(jī)的底噪聲高出20 dB。對(duì)于26.5 GHz 的相位參考校準(zhǔn)件U9391C 來說，它的頻率間隔為 10 MHz 的每個(gè)信號(hào)的輸出功率為-80 dBm。當(dāng)中頻帶寬為 10 Hz，在0.1 GHz 到20 GHz 的測量頻率范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)分析儀 N5242A 直接把測量信號(hào)接入測量接收機(jī)的工作模式下的底噪聲的典型值為-128 dBm; 如果在1 GHz的頻點(diǎn)上，測量接受機(jī)耦合器的耦合系數(shù)為15 dB 的話，這意味著耦合器和接收機(jī)之間的衰減器在 10 Hz 的中頻帶寬和 1 GHz 的頻點(diǎn)上對(duì)信號(hào)的衰減量應(yīng)該小于 23 dB。我們有幾種方法來處理接收機(jī)衰減器對(duì)信號(hào)造成大的衰減的情況:
增加取平均操作/ 計(jì)算的次數(shù)，降低噪聲;
提高驅(qū)動(dòng)相位參考校準(zhǔn)件的信號(hào)的頻率來提高它的輸出功率。例如，如果把驅(qū)動(dòng)相位參考校準(zhǔn)件的信號(hào)的頻率從10 MHz 提高到100 MHz，那么會(huì)使它的輸出功率提高 20 dB，相位參考校準(zhǔn)件輸出信號(hào)的功率變化和驅(qū)動(dòng)它的信號(hào)的頻率變化的關(guān)系是20log (信號(hào)頻率2/ 信號(hào)頻率1)。在實(shí)際測量中經(jīng)常用到的一個(gè)非常好的做法是: 盡可能地使用一個(gè)高頻率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)相位參考校準(zhǔn)件，只要能同時(shí)保證它的頻譜成分落在所要測量的各個(gè)頻率上。
不對(duì)DUT的諧波分量進(jìn)行測量。如果我們不對(duì)DUT的諧波特性進(jìn)行表征的話， 那么我們就不需要用到相位參考校準(zhǔn)件的數(shù)據(jù)。請(qǐng)注意，即便是不對(duì)諧波分量進(jìn)行測量，我們?nèi)匀挥锌赡芴崛〕鲆恍┯杏玫腦 參數(shù)。例如，DUT 對(duì)供電電源的敏感性、壓縮特性、在基波頻率上DUT 的匹配特性等的測量結(jié)果仍然能夠形成對(duì)仿真很有用的器件的模型。
在完成NVNA 校準(zhǔn)的過程中拿掉測量端口1 的衰減器，在NVNA 校準(zhǔn)完成之后再把衰減器重新連接到測量的配置中，然后，對(duì)代表測量端口1 的測量裝置的變化的S2P 文件進(jìn)行去嵌入操作。
可以通過以下測量步驟得到這個(gè)S2P 文件:
○ 不使用衰減器在網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量端口1 和測量端口3 之間做2 端口矢量校準(zhǔn);
○ 把衰減器連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀 的測量端口 1 的測量接收機(jī)上;
○ 在網(wǎng)絡(luò)分析儀 的測量端口 1 和測量端口 3 之間連接一個(gè)“零長度”的直通件;
○ 對(duì)這個(gè)直通件進(jìn)行測量，把得到的S2P 文件存儲(chǔ)起來。
網(wǎng)絡(luò)分析儀幅度校準(zhǔn)
在進(jìn)行NVNA 測量的時(shí)候，會(huì)用功率計(jì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀 的一個(gè)測量端口進(jìn)行幅度校準(zhǔn)，這會(huì)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀 的測量接收機(jī)使之能夠進(jìn)行絕對(duì)功率的測量，并且會(huì)校準(zhǔn)任何由于對(duì)測量裝置進(jìn)行調(diào)整和改變而造成的誤差。需要注意的是，這種幅度的校準(zhǔn)并不能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)分析儀 激勵(lì)源輸出信號(hào)的功率進(jìn)行校準(zhǔn)。進(jìn)行一次幅度校準(zhǔn)之后，網(wǎng)絡(luò)分析儀再設(shè)定信號(hào)的功率時(shí)會(huì)假設(shè)測量裝置沒有經(jīng)過任何調(diào)整和改動(dòng)。
通常情況下，因?yàn)闇y量端口1 的射頻通路上的信號(hào)的功率會(huì)最小，因此在端口 1 上做功率校準(zhǔn)經(jīng)常是最佳選擇。
S參數(shù)的校準(zhǔn)和功率校準(zhǔn)在定義它們的校準(zhǔn)功率時(shí)所使用的方法是非常不 同的。在進(jìn)行S 參數(shù)校準(zhǔn)時(shí)，功率的值是在校準(zhǔn)功率的操作界面上設(shè)定的，在S參數(shù)校準(zhǔn)中，網(wǎng)絡(luò)分析儀在設(shè)定信號(hào)的功率時(shí)是假設(shè)測量裝置沒有經(jīng)過任何的調(diào)整和改動(dòng)的。相比之下，在做功率校準(zhǔn)的時(shí)候，信號(hào)的功率大小是在功率計(jì)設(shè)置的操作界面上進(jìn)行的。在這個(gè)操作界面上，如果把信號(hào)功率的偏置量設(shè)為0 dB 的話，那么校準(zhǔn)功率會(huì)與S 參數(shù)校準(zhǔn)中所選擇的功率的大小是一樣的， 如果在功率校準(zhǔn)的操作界面上輸入一個(gè)非零的偏置值就會(huì)改變校準(zhǔn)功率。在功率校準(zhǔn)的過程擋住，網(wǎng)絡(luò)分析儀會(huì)對(duì)其輸出信號(hào)的功率進(jìn)行調(diào)整直到功率計(jì)測量到所規(guī)定的信號(hào)功率為止。因此，即便是網(wǎng)絡(luò)分析儀 的測量裝置經(jīng)過了調(diào)整和改變， 仍然能夠在DUT 的測量端口上設(shè)定并測量所規(guī)定的信號(hào)的功率。

審核編輯 黃宇