矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)技術(shù).ppt

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矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)技術(shù),Rohde&SchwarzPushinglimits,羅德與施瓦茨中國(guó)有限公司,安毅產(chǎn)品經(jīng)理Tel:010-64312828Email:Adams.An@rsbp.rohde-,主要內(nèi)容,概述系統(tǒng)誤差模型校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,概述,測(cè)量原理,概述,矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu),概述,矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu),概述,矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu),概述,三通道矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,概述,四通道矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,概述,測(cè)量誤差系統(tǒng)誤差矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部測(cè)試裝置的系統(tǒng)響應(yīng)外部測(cè)試裝置的系統(tǒng)響應(yīng)隨機(jī)誤差測(cè)試裝置的穩(wěn)定性儀器的穩(wěn)定性,系統(tǒng)誤差模型,5誤差項(xiàng)模型,,,系統(tǒng)誤差模型,誤差網(wǎng)絡(luò)變換,,,,系統(tǒng)誤差模型,5誤差項(xiàng)模型的校準(zhǔn)如采用TOSM四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行校準(zhǔn)，則可以根據(jù)由標(biāo)準(zhǔn)件所決定的端口信號(hào)之間的關(guān)系確定矩陣[R]和[T]的參數(shù)。,,,系統(tǒng)誤差模型,10誤差項(xiàng)模型（三通道矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀）,系統(tǒng)誤差模型,開(kāi)關(guān)切換對(duì)于誤差模型的影響因?yàn)殚_(kāi)關(guān)位于參考接收機(jī)和三端口誤差網(wǎng)絡(luò)[R],[T]之間，所以在四端口誤差網(wǎng)絡(luò)[K]中包含了下列影響：位置1功率分配器，開(kāi)關(guān)（位置1）和三端口誤差網(wǎng)絡(luò)[R]位置2功率分配器，開(kāi)關(guān)（位置2)和三端口誤差網(wǎng)絡(luò)[T]前向和反向測(cè)量時(shí)，對(duì)應(yīng)的誤差網(wǎng)絡(luò)和誤差項(xiàng)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)稱為10誤差項(xiàng)模型在10誤差項(xiàng)模型中加入開(kāi)關(guān)的泄漏誤差，eI0，eII0。稱為12誤差項(xiàng)模型,系統(tǒng)誤差模型,10(12)誤差項(xiàng)模型中對(duì)開(kāi)關(guān)的要求高重復(fù)性高隔離度（大于VNA本身的動(dòng)態(tài)范圍)無(wú)需良好匹配可以有損耗兩個(gè)切換位置無(wú)需相等,系統(tǒng)誤差模型,7誤差項(xiàng)模型(四通道矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀),系統(tǒng)誤差模型,7誤差項(xiàng)模型,將八個(gè)誤差現(xiàn)進(jìn)行歸一化,得到七個(gè)誤差項(xiàng),系統(tǒng)誤差模型,端口互耦消除的誤差模型,系統(tǒng)誤差模型,15誤差項(xiàng)模型(四通道）,系統(tǒng)誤差模型,15誤差項(xiàng)模型(四通道）,系統(tǒng)誤差模型,15誤差項(xiàng)模型(四通道）,系統(tǒng)誤差模型,15誤差項(xiàng)模型(四通道）(a)-無(wú)端口互耦，采用TRM進(jìn)行校準(zhǔn)，只測(cè)量DUT(b)-以20dB衰減器模擬端口互耦，TRM校準(zhǔn)，測(cè)量DUT(c)-以20dB衰減器模擬端口互耦，采用15誤差項(xiàng)校準(zhǔn)方法（如TMSO）進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)量DUT,系統(tǒng)誤差模型,22誤差項(xiàng)模型(三通道）,系統(tǒng)誤差模型,22誤差項(xiàng)模型(三通道）下表列出了可能的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件的組合需要至少兩個(gè)傳輸標(biāo)準(zhǔn)件為了達(dá)到最好的校準(zhǔn)性能，A標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)具有180度相移,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,校準(zhǔn)技術(shù)主要參考文獻(xiàn)[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,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,校準(zhǔn)方法分類NORMALIZATION包括反射與傳輸?shù)臍w一化，提供了最快的測(cè)量速度。FULLONEPORT校準(zhǔn)一個(gè)端口的T、D、S誤差項(xiàng)，適用于精確測(cè)量端口的反射。ONEPATHTWOPORT前二者的合成，適用于單向傳輸測(cè)試，如放大器。FULLTWOPORT適用于雙向測(cè)量，可校準(zhǔn)兩個(gè)端口，并進(jìn)行所有S參數(shù)的測(cè)量。提供了最高的精度,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,全雙端口校準(zhǔn)技術(shù),校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TOSM－經(jīng)典的全雙端口校準(zhǔn)技術(shù),校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TOSM－經(jīng)典的全雙端口校準(zhǔn)技術(shù)through/open/short/match由于是三通道，所以前向和反向通道中的誤差項(xiàng)不同12個(gè)誤差項(xiàng)泄漏設(shè)為常數(shù)4個(gè)校準(zhǔn)件的10個(gè)已知參數(shù)可以確定10個(gè)誤差項(xiàng)缺點(diǎn)：7個(gè)校準(zhǔn)步驟需知道所有校準(zhǔn)件的參數(shù)無(wú)法克服校準(zhǔn)誤差,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TOSM校準(zhǔn)方法的擴(kuò)展端口泄漏補(bǔ)償兩個(gè)端口需要兩個(gè)匹配負(fù)載校準(zhǔn)和測(cè)量過(guò)程可能會(huì)呈現(xiàn)不同的泄漏特性在校準(zhǔn)過(guò)程中，兩個(gè)端口完全匹配，進(jìn)行隔離測(cè)量。所以，只有測(cè)量端口良好匹配的被測(cè)件能被準(zhǔn)確測(cè)量，如果被測(cè)件端口反射很大，則可能會(huì)導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差。,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TOSM校準(zhǔn)方法的擴(kuò)展滑動(dòng)負(fù)載非理想匹配標(biāo)準(zhǔn)件的補(bǔ)償高頻測(cè)量時(shí)所需的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件提高有效方向性提高幅度和相位精度,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,校準(zhǔn)方法的改進(jìn)TOSM校準(zhǔn)方法存在的不足需要校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件的全部參數(shù)：例如，長(zhǎng)度，損耗，寄生電容，寄生電感等。不能對(duì)校準(zhǔn)的質(zhì)量做進(jìn)一步的評(píng)估和檢測(cè)。改進(jìn)方法減少所需的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件采用無(wú)需全部參數(shù)已知的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用范圍測(cè)試夾具，芯片，PCB等,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件的校準(zhǔn)方法七誤差項(xiàng)模型適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合TOM帶有內(nèi)部認(rèn)證TNA,TRM,TRL適用于PCB，芯片，測(cè)試夾具等,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TOMthrough/open/match適用于四通道儀器，采用7誤差項(xiàng)的模型3個(gè)校準(zhǔn)件具有八個(gè)已知參數(shù)，用來(lái)估計(jì)7個(gè)誤差項(xiàng)多出的一個(gè)等式用于認(rèn)證校準(zhǔn)結(jié)果正確與否，稱為內(nèi)部認(rèn)證，從而保證校準(zhǔn)精度，避免校準(zhǔn)誤差，在生產(chǎn)應(yīng)用中具有很高的可靠性。只需五個(gè)步驟適用于同軸系統(tǒng),校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TRMthrough/reflect/matchR可以未知，但在兩個(gè)測(cè)試端口需相等適用于測(cè)試夾具的校準(zhǔn)7誤差項(xiàng)模型，T具有4個(gè)已知參數(shù)，M具有兩個(gè)R對(duì)稱提供一個(gè)，從而可以估計(jì)7個(gè)誤差。如將端口空載，則只需3個(gè)步驟。SHORT可以用來(lái)驗(yàn)證校準(zhǔn)結(jié)果,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TNAthrough/network/attenuator利用三個(gè)雙端口器件進(jìn)行校準(zhǔn)。network參數(shù)可以未知，但需對(duì)稱。attenuator的衰減可以未知，但需良好匹配T、N、A提供了七個(gè)已知參數(shù)進(jìn)行7個(gè)誤差項(xiàng)的估計(jì)。如將端口空載，則只需2步校準(zhǔn)。適于夾具和芯片校準(zhǔn)。SHORT可以用來(lái)驗(yàn)證校準(zhǔn)結(jié)果。,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,夾具測(cè)量,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,Through標(biāo)準(zhǔn)件的制作示例S11/S22取決于線的幾何結(jié)構(gòu)，基片的介電常數(shù)和厚度。S21/S12取決于線的電長(zhǎng)度,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,Attenuator標(biāo)準(zhǔn)件的制作示例S11=S22=0S21/S12可以任意選擇，并且未知。但是要有別于Through.,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,Network標(biāo)準(zhǔn)件可以簡(jiǎn)單地將端口空載對(duì)稱性主要由適配器來(lái)保證無(wú)需Network標(biāo)準(zhǔn)件,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TNA應(yīng)用示例,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TNA校準(zhǔn)夾具,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TNA校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TNA應(yīng)用示例,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TRLThrough/Reflect/Line標(biāo)準(zhǔn)件Line和Through的長(zhǎng)度差不能等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。以避免奇異點(diǎn)的出現(xiàn)。校準(zhǔn)的頻率范圍受到限制，換言之，終止頻率和起始頻率的最大比值為8:1,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TRL增加校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)擴(kuò)展校準(zhǔn)頻率范圍(Line2,Match)高端頻率的擴(kuò)展：Line2的長(zhǎng)度較Line1短，從而可以覆蓋更高的頻率范圍。例如Line2=2Line1/3。低端頻率的擴(kuò)展：對(duì)于掃描頻率低于較長(zhǎng)的Line所對(duì)應(yīng)的20度限制值，可以采用Match進(jìn)行TRM校準(zhǔn)。,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,TOM-X將2個(gè)雙端口誤差模型推廣為一個(gè)四端口誤差模型15項(xiàng)誤差消除端口互耦,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,FactoryCalibration全雙端口校準(zhǔn)無(wú)用戶自校準(zhǔn)時(shí)，數(shù)據(jù)激活參考面位于Port1/Port2（或測(cè)試電纜端口）所有矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀均提供工廠校準(zhǔn)即使沒(méi)有用戶自校準(zhǔn)，也可以滿足大部分測(cè)量的精度要求,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,功率校準(zhǔn)需要功率探頭和功率計(jì)可以對(duì)下列項(xiàng)目進(jìn)行功率校準(zhǔn)：ZVx輸出功率的修正外部源輸出功率的修正接收機(jī)通道的修正在測(cè)量參考面獲得最高的電平精度可對(duì)任意功率電平進(jìn)行校準(zhǔn)，甚至是驅(qū)動(dòng)放大器的輸出功率變頻測(cè)量時(shí)，不能采用系統(tǒng)誤差補(bǔ)償技術(shù),校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,功率校準(zhǔn)采用外部功率計(jì)來(lái)校準(zhǔn)內(nèi)部信號(hào)源采用校準(zhǔn)后的內(nèi)部源來(lái)校準(zhǔn)接收機(jī)校準(zhǔn)精度受功率探頭的限制，一般要好于0.1dB,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,T-Check快速測(cè)試矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量精度校準(zhǔn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量T-Checker的所有S參數(shù)將數(shù)據(jù)保存為*.s2p的格式利用評(píng)估軟件來(lái)得到當(dāng)前儀器設(shè)備的不確定性,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,T-Check的原理Prof.Dr.–Ing.SeigfriedMartius,UniversityofErlangenNuremberg三端口器件的S參數(shù)該三端口器件無(wú)需對(duì)稱，互易和匹配，唯一的要求是無(wú)損，從而有推導(dǎo)得到T-Check參數(shù)CT,,校準(zhǔn)方法及原理,T-Check在理想情況下，參數(shù)CT應(yīng)為1或100%.偏離1（100%）的程度指示了網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量不確定度,校準(zhǔn)方法及應(yīng)用,T-Checker,Thankyouforyourattention...,