搜索
搜索
技术与服务
全部分类
/
/
/
网分测试小知识之一:矢网校准那点事---未知直通的前世今生

网分测试小知识之一:矢网校准那点事---未知直通的前世今生

网分测试小知识之一:矢网校准那点事---未知直通的前世今生

详情

本文部分术语

ED(e00): 方向性误差

ES(e11): 源匹配误差

ER(e10e01): 反射跟踪误差

e22: 负载匹配误差

T1/T2(e10e32): 传输跟踪误差

SOLT: Short-Open-Load-Through

SOLR: Short-Open-Load-Reciprocal

TOSM: Through-Open-Short-Match

 

       据笔者所知,很多网分使用者在校准上都会存在一些误解,认为只要校准件选择对了就万事大吉了,殊不知校准件的选择只是正确校准开始的第一步,对于最终测试结果准确无误的保障还远远不够。下面就为大家介绍一下网分校准使用中错误发生较多的一处---应该使用未知直通校准的地方却错误使用了SOLT校准。那么未知直通(SOLR)和SOLT究竟有什么差别呢?这大概要从两种校准算法的起源讲起。

       早期矢网的校准是一个非常漫长而复杂的迭代计算过程[1]。直到1971年,由Kruppa和Sodomsky[2]第一次用8项误差模型(并非现在大家熟知的8项误差模型)清楚地描述了二端口矢网的校准方法,才有了利用误差对测试数据修正的直接计算方法。Kruppa和Sodomsky的方法使用open、short、load以及thru标准件的测试结果标定了每个端口的ED、ES、ER三个反射误差项,以及T1、T2两个传输误差项。随后惠普(现在的keysight)在1978年对这个误差模型做了进一步修改[3],成为后面大家更为熟知的10项误差模型,相应的校准方法也被命名为SOLT或者TOSM校准算法并一直沿用至今。


图一10项误差模型

       随着1974年Engen和Hoer[3]提出的TRL校准方法,两端口矢网8项误差模型(7项误差模型)第一次被引入到矢网校准方法里,对以后的矢网校准算法产生了极大的影响,我们今天要介绍的未知直通校准(SOLR)就是源自于这种误差模型。8项误差模型不同于10项误差模型的地方在于它引入了第四个接收机(早期10项误差模型的矢网只需要3个接收机),它可以利用第四个接收机带来的额外测试结果来确定校准标准件的部分未知参数;即使用部分已知参数的标准件就可以对矢网进行校准,而不需要像10项误差模型那样必须知道标准件的所有参数。

图二8项误差模型[5]

图二中的8个误差项在实际计算中可以通过归一化合并为7项,因此8项误差模型也可以叫7项误差模型。

       所以,未知直通校准(SOLR)和SOLT不一样的地方就体现在不同误差模型对于校准标准件已知参数要求的差异上。SOLT源自于10项误差模型需要建立10个方程来解出10个误差项,10个方程就代表需要10个标准件的已知参数;而未知直通源自于8项(7项)误差模型,所以只需要建立7个方程。所以除了6个单端口标准件反射参数以外,SOLT还需要知道直通标准件完整的4个S参数才能对矢网进行校准;而未知直通校准不需要对直通标准件参数完全已知只需要知道直通件满足S21=S12关系即可,这也是为什么未知直通校准叫这个名字的原因。

  校准算法  

开路

短路

负载

直通

SOLT

 S11×2 

 S11×2 

 S11×2 

  S11\ S21\ S12\ S22  

SOLR

S11×2

S11×2

S11×2

S21=S12

表一SOLT与SOLR标准件已知参数对比

       在网分实际使用中,一部分校准套件(比如常用的85033E)并不会提供一个参数完全已知的直通校准件,因此大部分使用者都会用一个转接头来代替直通校准件。而这时候如果使用者对校准算法不加以选择,继续选择默认的SOLT校准方式就会带来严重的校准误差,这是因为在这类校准套件中的直通件定义通常默认为S11=0, S22=0, S21=0, S12=0(Flush Thru),即一根没有损耗,没有时延完全匹配的"0"传输线。

图三两端口同极性[6]

       为什么实际的网分产品中会出现这样理想的直通校准件定义呢?这是因为这种直通件是应用在两个端口的极性不一样(一个端口阳性、一个端口阴性),两个端口可以直接对接的情况下,这时候由于两个校准端面直接接触本身就不需要直通件转接,所以直通件就是一个理想的"0"。

       而实际使用中大部分情况下矢网的两个端口都是同极性的接口(因为DUT的接头是同极性),这时候使用到直通标准件(转接头)本身就不会是理想的"0",既有插损也有时延还有反射。所以这时候如果仍然选择SOLT校准就会因为直通件偏差来带校准不准确性,主要体现在测试结果插损和相位(时延)的误差上。

图四两端口不同极性[6]

       但是如果我们知道转接头这种无源器件的互易性(S21=S12)以及上文讲到的未知直通校准方法使用的条件,就可以自然而然的想到未知直通校准算法在这种情况下可以更准确地得到网分的误差参数从而得到更准确的DUT测试数据。

 

[1] R.A. Hackborn, “An automatic network analyzer system,” Microwave J., vol. 11, pp. 45–52, May 1968.

[2] W. Kruppa and K.F. Sodomsky, “An explicit solution for the scattering parameters of a linear two-port measured with an imperfect test set,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-19, no.1, pp. 122–123, 1971.

[3] D. Rytting, “Advances in microwave error correction techniques,” in Proc. Hewlett-Packard RF and Microwave Measurement Symp. and Exhibition, June 1987, pp. 6201-6302.

[4] G.F. Engen and C.A. Hoer, “Thru-reflect-line: An improved technique for calibrating the dual six-port automatic network analyzer,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 27, no. 12, pp. 987–993, 197

[5] D. Rytting, "Network Analyzer Error Models and Calibration Methods"

[6] http://na.support.keysight.com/pna/help/latest/S3_Cals/Calibration_THRU_Methods.htm

版权所有©2020 深圳市极致汇仪科技有限公司 粤ICP备15052409号  网站建设:中企动力  深圳 wz 粤公网安备44030502000162号