矢量網絡分析儀在使用前需要進行校準，這是的事情，那為什么需要校準呢？

圖1 矢量網絡分析儀架構圖

圖1是一臺雙端口矢網的結構框圖，對于器件的測量來說需要給出的是矢網端口之間的參數表征，例如S11＝B1/A1，而矢量網絡分析儀只能測量b1/a1。矢網的所有測量結果都是四個接收機之間的比值運算，如何使b1/a1能夠準確地轉換為B1/A1，此過程即為校準。實驗表明矢量網絡分析儀的測量精度很大程度上依賴于校準(精度改善)的過程，經過校準可將矢網的誤差從校準前的2%~80%轉變為0.1%~2%，因此只有當矢量網絡分析儀被準確地校準之后，它才是非常精密的測量儀表！

矢量網絡分析儀誤差模型及校準分析

系統誤差中的各項誤差都是矢量，一旦其矢量特征(幅度和相位)已知，這些誤差可以通過數學運算從原始的測量結果中減去。

圖2 誤差矢量分析

如果某些被測件(校準件)的實際特性已知，測量可以得到原始測量結果，此時可以通過運算得到誤差矢量特征，這個過程稱之為校準。

1. 誤差來源

網絡分析儀測試過程中的誤差主要分為三類：系統誤差、隨機誤差和漂移誤差。

系統誤差是由于儀表內部測試裝置的不理想引起的。它是可預知和重復出現的，一般情況下是不隨時間變化的，從而可以定量進行描述，在測試之前可通過校準消除系統誤差。

隨機誤差是不可預知的，因為它以隨機形式存在，會隨時間變化，因此不能通過校準消除。隨機誤差的主要來源為儀表內部噪聲，例如，激勵源的相位噪聲、采樣噪聲、中頻接收機本底噪聲、開關動作重復性等。

漂移誤差是儀表校準后測試裝置性能的漂移。漂移誤差主要是由于溫度變化造成，可通過進一步校準消除。校準后儀表能夠保持穩定精度的時間長短取決于測量環境中儀表的漂移速度。

2. 誤差模型

我們可以將測量在的矢網端口與實際矢網測量端口之間的關系歸結為若干個誤差因子：

圖3 矢網端口與實際矢網測量端口間關系

• e_dn，端口n方向性誤差
• e_pn，端口n失配誤差
• ex_mn，端口m與端口n之間泄漏
• et_mn，端口m與端口n之間的頻率跟蹤(響應)，這里et₁₁=A×B；et₂₂=C×D；et₂₁=A×D；et₁₂=C×B

此時在正向和反向激勵模式下，基本誤差模型就可轉換成如下常見的誤差網絡：

圖4 雙端口網絡測量信號流圖

(上圖：正向；下圖：反向)
如下所示，總共12項誤差因子，那這些誤差因子如何得到呢？

• E：誤差因子
• D：方向性
• S：源端匹配
• L：負載端匹配
• X：隔離
• T：傳輸響應
• R：反射響應
• Forward：正向(端口1激勵)
• Reverse：反向(端口2激勵)
• Sxxm：Sxx參數(未經校準)測量值

可通過測量一些已知特性的器件，運算得到誤差因子，下面以SOLT校準為例。

• 步驟1，進行了6次反射測量(每個端口各3次)；
• 步驟2，進行了4次測量(4個S參數)，一共進行了10項測量可以解得10個誤差因子；
• 在端口上各加一個Load，進行一次傳輸測量，可得出2個隔離誤差因子(一般情況下會認為矢網是隔離狀態，也很少會去做隔離校準)。

至此，12項誤差矢量特征可*得出。

校準方式

多年來，行業內進行了多種努力發展兩端口校準技術和相應的校準標準件，以用于不同的測量。例如SOLT/LRL(TRL)/LRM/SSST等等。各種校準方法的比較如下：

1. SOLTSOLT是校準常用的方法，其需要用到4個校準件(Open、Short、Load、Through)，進行7次校準測試操作。其中雙端口的隔離校準只在測試高隔離(隔離器、開關)、大動態范圍(濾器)器件時才用到。SOLT校準方法有以下特點：

• 可以達到>32dB的剩余方向性誤差
• 通過開路，短路，負載確定史密斯圓圖
• 由負載確定特征阻抗
• 常用于同軸線，也適用于高頻探針和在片測量
• 通過采用滑動負載可以提高方向性誤差指標
• 通過采用偏置短路替代開路，可以用于波導
• 通過采用三短路替代開路和負載，可以提高適用頻段

當然SOLT也有包括OPEN標準件的寄生電容的難以準確定義；LOAD校準件的指標對校準的影響較大以及需要的校準件數量較多等缺點。

圖5 安立公司機械校準件系列， DC-110GHz

2. LRL(TRL)

LRL校準是目前可能達到的精密的校準方法，傳統的機械校準的校準件參數不容易準確確定，因為短路件會存在寄生電感，開路件會存在寄生電容。而LRL校準使用的是傳輸線器件，其參數更容易被定義，且校準精度不*由校準件決定。

當微波波長與傳輸線的電長度比例為0,1/2,1,1(1/2)…時其表現出現重復，因此，LRL標準件中的兩條傳輸線的長度差ΔL與頻率之間的關系需要符合下面的條件，才能得到較好的校準結果：

20<360×??×???÷??_???<160因此在寬頻段校準應用中LRL需要多根不同長度的傳輸線。

圖6 安立公司擁有業界頻率高達67GHz的V型多傳輸線校準件

3. 電子校準件

矢量網絡分析儀除可以使用傳統的機械校準件進行校準外，還可以使用電子校準件(AutoCal)。安立矢量網絡分析儀與電子校準件間的通信控制采用串口接口。與機械校準件相比，電子校準件具有以下特點：

• 校準過程簡單，電子校準件只需要和矢網連接一次，即可完成雙端口校準所要求的測試項目。
• 校準速度快，利用電子校準完成雙端口校準只需要幾秒鐘時間，使整個測試過程的效率大大提高。
• 校準過程中不確定因素少，由于不需多次的連接過程，所以電子校準受到誤操作影響概率會降低。

總結
每當校準完成后，可以使用校準用的標準件來檢驗校準的好壞。例如，使用短路器或開路器，由于標準件有短(開)路面偏置，所以掃頻測量結果曲線會在史密斯圓圖上形成一段在外圈上的圓弧，使用矢網自動參考面偏置功能，如果將此圓弧收攏至短(開)路點，可以大致判定此校準是一個好的校準。

圖7 矢網校準檢驗
當然，也可以使用校準件中的負載測量回波損耗，如果低于35dB也可以認為校準是好的。但是注意，安立公司提供的校準件中有兩個負載，判定時，不要使用校準用的那個負載。