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矢量网络分析的校准:SOLT、TRL与Ecal

与以往的矢量网络分析仪(VNA)相比,现在的许多仪器提供了更多的校准方法供用户选择。更多的选择固然好,但同时也带来了更多的混乱。幸

与以往的矢量网络分析仪 (VNA)比较,现在的许多仪器供给了更多的校准办法供用户挑选。更多的挑选当然好,但一起也带来了更多的紊乱。走运的是,一些要害的比较点可以快速缩小挑选规模,并确认最恰当的校准技能。本文将评论常用的网络分析仪校准技能及其相对精度,要点是牢靠的丈量实践和其他可以改进精度的要素。

  校准类型

  现在的网络分析仪都具有极强的处理才干和灵活性,针对特定运用的许多校准办法也随之出现出来。例如,针对特定运用的校准类型有混频器/变频器校准(用于频率偏置器材)、噪声系数校准和夹具内丈量等。下面以全面的1端口和2端口矢量校准为评论的要点,并回忆网络分析仪中针对一切差错源的矢量校准办法。这些办法与那些不考虑一切差错项的办法(例如呼应校准)比较,准确度要高得多。评论校准精度时,将评论规模限定为一些常用的校准类型,大多数现代校准办法来历于这些常用的校准类型。常用的校准技能有三种:SOLT(短路-开路-负载-直通)、TRL(直通-反射-线路)和ECal(电子校准)模块。在每一种校准技能中,一般又针对特定的丈量要求(如宽带频率或晶圆上勘探)分红不同的校准办法。表1中总结了这些常用的校准技能及其各自的首要优势。

  网络分析仪中的系统差错

  图1总结了典型网络分析仪中的系统差错来历。相位丈量功用使得VNA可以准确地计算一切的差错来历。方向差错会影响反射丈量的精度。阻隔差错会影响发射丈量的精度。源和负载差错与被测件和分析仪丈量端口阻抗之间的失配有关。反射和发射盯梢差错与分析仪的参阅接收机和丈量接收机的频率呼应差异有关。

  探求SOLT校准

  大多数网络分析仪用户最早了解的校准办法是SOLT。SOLT校准可以供给优异的精度和可重复性。这种校准办法要求运用短路、开路和负载规范校准件。假如被测件上有男女衔接器,还需求分别为男女衔接供给对应的规范件,衔接两个丈量平面,构成直通衔接。

  SOLT校准办法运用12项差错批改模型,其间被测件的正向有6项,反向有6项。图2显现了正向差错项:ED(方向)、ES(源匹配)、EL(负载匹配)、ERF(反射盯梢)、ETF(发射盯梢)和EX(串扰)。操作正确的话,SOLT可以丈量百分之一分贝数量级的功率和毫度级相位。常用的校准套件中都包括SOLT规范校准件。这些校准件包括各种衔接器类型,而且价格相对廉价,当心运用的话可以用很多年。

  有的SOLT校准套件包括滑动负载,因而可改动途径的线路长度,一起坚持稳定的负载阻抗(一般为50Ω或75Ω)。滑动负载在高频时尤为重要,由于在这种状况下很难施行杰出的固定负载。线路长度的改变会直接成份额地改动电长度,导致丈量途径中发生相移。经过在校准过程中运用几种不同长度的线路和相应的相移,可以更准确地丈量网络分析仪的方向性(图3)。

  双向直通SOL一般称为“不知道直通”。这种办法答应在恪守一些基本原则的条件下,在校准过程中运用电缆、电路板线轨或Ecal模块作为直通途径。当处理非刺进式设备(具有同性或不兼容的衔接器,在校准期间需求运用适配器才干树立直通衔接)时,不知道直通尤为有用。该适配器会给校准带来一个差错。不知道直通由于无需运用精细的或经过校准的适配器,而且可以最大极限地削减校准期间的电缆移动,所以十分有用。它一般比其他需求去除适配器的办法更便利、更准确。

  以SOLT为根底的其他校准技能还包括对一个规范校准件进行偏置。关于波导和其他高频运用来说,这个“偏置SOLT”的办法十分有用。例如,一个偏置负载可以被认为是一个混合规范件,其间包括两个不同长度的已知偏置(发射线路)和一个负载元件。

  “Quick SOLT”或QSOLT用于多端口运用中(网络分析仪上的丈量端口多于2个)。这种办法有时被称为N端口解决方案,其间N代表端口的数量。校准的过程数与端口数量成正比。QSOLT运用需求校准过程较少的数学算法,经过一组最少的衔接全面解析N端口差错模型。

  大多数SOLT校准以手动方法履行,而且履行起来相对简单。安捷伦网络分析仪供给(逐渐)引导式校准,可削减人为差错,进步可重复性。可是,正确的校准技能有必要经过实践的查验。同大多数丈量技能相同,SOLT校准也需求经过实践的查验,以确保可以供给最大的功能。

了解TRL校准

  TRL校准极为准确,在大多数状况下,准确度乃至超越SOLT校准。可是绝大多数校准套件中都不包括TRL规范件。在要求高精度而且可用的规范校准件与被测件的衔接类型不同的状况下,一般选用TRL校准。运用测验夹具进行丈量或运用探头进行晶圆上的丈量,一般都归于这种状况。因而,某些状况下需求构建和表征与被测件装备介质类型相同的规范件。制作和表征三个TRL规范件比制作和表征四个SOLT规范件更简单。

TRL校准还有另一个重要优势:规范件不需求像SOLT规范件那样进行完好或准确的界说。尽管SOLT规范件是彻底依照规范的界说进行表征和贮存,而TRL规范件只树立模型而不进行完好表征,可是TRL校准的精度与TRL规范件的质量和可重复性成正比。物理中止(例如传输线路曲折和同轴结构中的焊缝)将会下降TRL校准的精度。接口有必要坚持清洁并答应可重复的衔接。

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