為矢量網(wǎng)絡(luò)分析選擇適當(dāng)?shù)男?zhǔn)技術(shù)

　　與以往的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)相比，現(xiàn)在的許多儀器提供了更多的校準(zhǔn)方法供用戶選擇。更多的選擇固然好，但同時(shí)也帶來了更多的混亂。幸運(yùn)的是，一些關(guān)鍵的比較點(diǎn)可以快速縮小選擇范圍，并確定最適當(dāng)?shù)男?zhǔn)技術(shù)。本文將討論常用的網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)技術(shù)及其相對精度，重點(diǎn)是可靠的測量實(shí)踐和其他能夠改善精度的因素。

　　校準(zhǔn)類型

　　現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)分析儀都具有極強(qiáng)的處理能力和靈活性，針對特定應(yīng)用的許多校準(zhǔn)方法也隨之涌現(xiàn)出來。例如，針對特定應(yīng)用的校準(zhǔn)類型有混頻器/變頻器校準(zhǔn)（用于頻率偏置器件）、噪聲系數(shù)校準(zhǔn)和夾具內(nèi)測量等。下面以全面的1端口和2端口矢量校準(zhǔn)為討論的重點(diǎn)，并回顧網(wǎng)絡(luò)分析儀中針對所有誤差源的矢量校準(zhǔn)方法。這些方法與那些不考慮所有誤差項(xiàng)的方法（例如響應(yīng)校準(zhǔn)）相比，精確度要高得多。討論校準(zhǔn)精度時(shí)，將討論范圍限定為一些常用的校準(zhǔn)類型，大多數(shù)現(xiàn)代校準(zhǔn)方法來源于這些常用的校準(zhǔn)類型。常用的校準(zhǔn)技術(shù)有三種：SOLT（短路－開路－負(fù)載－直通）、TRL（直通－反射－線路）和ECal（電子校準(zhǔn)）模塊。在每一種校準(zhǔn)技術(shù)中，通常又針對特定的測量要求（如寬帶頻率或晶圓上探測）分成不同的校準(zhǔn)方法。表1中總結(jié)了這些常用的校準(zhǔn)技術(shù)及其各自的主要優(yōu)勢。

　　網(wǎng)絡(luò)分析儀中的系統(tǒng)誤差

　　圖1總結(jié)了典型網(wǎng)絡(luò)分析儀中的系統(tǒng)誤差來源。相位測量功能使得VNA能夠精確地計(jì)算所有的誤差來源。方向誤差會影響反射測量的精度。隔離誤差會影響發(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)。

　　探究SOLT校準(zhǔn)

　　大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)分析儀用戶最先熟悉的校準(zhǔn)方法是SOLT。SOLT校準(zhǔn)能夠提供優(yōu)異的精度和可重復(fù)性。這種校準(zhǔn)方法要求使用短路、開路和負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件。如果被測件上有雌雄連接器，還需要分別為雌雄連接提供對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件，連接兩個(gè)測量平面，形成直通連接。

　　SOLT校準(zhǔn)方法使用12項(xiàng)誤差修正模型，其中被測件的正向有6項(xiàng)，反向有6項(xiàng)。圖2顯示了正向誤差項(xiàng)：ED（方向）、ES（源匹配）、EL（負(fù)載匹配）、ERF（反射跟蹤）、ETF（發(fā)射跟蹤）和EX（串?dāng)_）。操作正確的話，SOLT可以測量百分之一分貝數(shù)量級的功率和毫度級相位。常用的校準(zhǔn)套件中都包含SOLT標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件。這些校準(zhǔn)件包括各種連接器類型，并且價(jià)格相對便宜，小心使用的話可以用很多年。

　　有的SOLT校準(zhǔn)套件包含滑動(dòng)負(fù)載，因此可改變路徑的線路長度，同時(shí)保持恒定的負(fù)載阻抗（通常為50Ω或75Ω）?；瑒?dòng)負(fù)載在高頻時(shí)尤為重要，因?yàn)樵谶@種情況下很難實(shí)施良好的固定負(fù)載。線路長度的變化會直接成比例地改變電長度，導(dǎo)致測量路徑中發(fā)生相移。通過在校準(zhǔn)過程中使用幾種不同長度的線路和相應(yīng)的相移，可以更精確地測量網(wǎng)絡(luò)分析儀的方向性（圖3）。

　　雙向直通SOL通常稱為“未知直通”。這種方法允許在遵守一些基本原則的條件下，在校準(zhǔn)過程中使用電纜、電路板線軌或Ecal模塊作為直通路徑。當(dāng)處理非插入式設(shè)備（具有同性或不兼容的連接器，在校準(zhǔn)期間需要使用適配器才能建立直通連接）時(shí)，未知直通尤為有用。該適配器會給校準(zhǔn)帶來一個(gè)誤差。未知直通因?yàn)闊o需使用精密的或經(jīng)過校準(zhǔn)的適配器，并且可以最大限度地減少校準(zhǔn)期間的電纜移動(dòng)，所以非常有用。它通常比其他需要去除適配器的方法更方便、更精確。

　　以SOLT為基礎(chǔ)的其他校準(zhǔn)技術(shù)還包括對一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件進(jìn)行偏置。對于波導(dǎo)和其他高頻應(yīng)用來說，這個(gè)“偏置SOLT”的方法非常有效。例如，一個(gè)偏置負(fù)載可以被認(rèn)為是一個(gè)混合標(biāo)準(zhǔn)件，其中包含兩個(gè)不同長度的已知偏置（發(fā)射線路）和一個(gè)負(fù)載元件。

　　“Quick SOLT”或QSOLT用于多端口應(yīng)用中（網(wǎng)絡(luò)分析儀上的測量端口多于2個(gè)）。這種方法有時(shí)被稱為N端口解決方案，其中N代表端口的數(shù)量。校準(zhǔn)的步驟數(shù)與端口數(shù)量成正比。QSOLT使用需要校準(zhǔn)步驟較少的數(shù)學(xué)算法，通過一組最少的連接全面解析N端口誤差模型。

　　大多數(shù)SOLT校準(zhǔn)以手動(dòng)方式執(zhí)行，并且執(zhí)行起來相對容易。安捷倫網(wǎng)絡(luò)分析儀提供（逐步）引導(dǎo)式校準(zhǔn)，可減少人為誤差，提高可重復(fù)性。然而，正確的校準(zhǔn)技術(shù)必須通過實(shí)踐的檢驗(yàn)。同大多數(shù)測量技術(shù)一樣，SOLT校準(zhǔn)也需要通過實(shí)踐的檢驗(yàn)，以保證能夠提供最大的性能。

　　了解TRL校準(zhǔn)

　　TRL校準(zhǔn)極為精確，在大多數(shù)情況下，精確度甚至超過SOLT校準(zhǔn)。然而絕大多數(shù)校準(zhǔn)套件中都不包含TRL標(biāo)準(zhǔn)件。在要求高精度并且可用的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件與被測件的連接類型不同的情況下，一般采用TRL校準(zhǔn)。使用測試夾具進(jìn)行測量或使用探頭進(jìn)行晶圓上的測量，通常都屬于這種情況。因此，某些情況下需要構(gòu)建和表征與被測件配置介質(zhì)類型相同的標(biāo)準(zhǔn)件。制造和表征三個(gè)TRL標(biāo)準(zhǔn)件比制造和表征四個(gè)SOLT標(biāo)準(zhǔn)件更容易。