网络分析仪测量S参数时，校准的原理和规范

网络分析仪测量S参数时，校准的原理和规范

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_42144435/article/details/146090894

在使用网络分析仪（Network Analyzer）测量 S参数（如S11、S21） 时，校准是确保测量结果准确性的关键步骤。校准的原理和规范如下：

1. 网络分析仪校准的原理

网络分析仪通过测量反射和透射信号的幅度和相位来得到S参数（例如：S11 和 S21）。为了保证测量的精度，校准的目的是消除由于仪器内部误差、连接线损耗、不匹配等引起的测量偏差。

校准的基本原理：

• 理想情况下，网络分析仪直接测量被测设备（DUT）所引起的S参数值。现实中，由于仪器本身、测试系统（如电缆、连接器等）和环境因素的影响，测量值与实际值之间会存在一定误差。
• 校准的目标是通过一系列标准化的参考组件（如开路、短路、负载和传输标准）来补偿这些误差，从而使网络分析仪能够测量到真实的S参数。

校准标准（参考组件）：
1. 开路（Open）：用于校准反射，表示没有连接的状态。
2. 短路（Short）：表示端口被短接（阻抗为零）的状态。
3. 负载（Load）：表示端口连接到已知阻抗（通常为50Ω）负载的状态。
4. 通过（Thru）：用于测量透射特性，通常为已知的传输线，或者是直接连接的标准。

2. 校准的步骤

校准过程中，通过引入上述标准参考件来使测量系统消除系统误差。常见的校准方法有 SOLT（Short-Open-Load-Thru）方法。

常见的校准方法：

• SOLT校准：
• Short (短路)：使用短接标准（通常是一个小金属片）来进行校准。
• Open (开路)：使用开路标准（通常是没有连接的状态）来进行校准。
• Load (负载)：使用已知阻抗（通常是50Ω）的负载来进行校准。
• Thru (通过)：使用一个已知的、低损耗的传输线来进行透射测量校准。

通过这些标准件，可以校正网络分析仪的反射测量误差（如S11）和透射测量误差（如S21）。

• TRL/TLR 校准（Transmission/Reflection Line）：
• 这种方法常用于高频或毫米波测量，它使用传输线而不是开路和短路标准件来完成校准，适用于一些特别的测试需求。
• Full 2-Port Calibration（全2端口校准）：
• 校准通常是在2个端口上进行，可以补偿两个端口之间的互相影响。

3. 校准时的规范步骤

以下是规范的校准步骤，确保网络分析仪的准确性：

（1）选择适当的校准方法

• 根据测试频率和测试要求，选择SOLT校准或TRL校准等方法。
• 低频测试一般选择SOLT，而对于高频或毫米波应用，则可能需要使用TRL/TLR校准。

（2）校准标准件的选择和连接

• 使用原厂认证的标准件：标准件的阻抗值（通常是50Ω）要精确。
• 标准件接触良好：连接标准件时，确保它们与网络分析仪端口的连接没有问题，避免因为接触不良导致的误差。

（3）确保环境稳定

• 温度：测量环境的温度会影响校准精度，特别是高频信号的传输损耗和反射。因此，校准前后应保持温度的稳定。
• 湿度：过高的湿度可能影响测量精度，特别是对于微波和毫米波信号。
• 电源和信号稳定：保证网络分析仪的电源稳定，避免因为电源波动导致的测量误差。

（4）进行校准操作

• 将网络分析仪连接到标准件上，依次进行短路、开路、负载和通过标准的校准步骤。
• 在每个步骤中，网络分析仪会记录当前标准件的响应，并用它们来校正测量系统的误差。

（5）验证校准结果

• 校准完成后，通过测量已知标准（如负载的反射系数S11应为0）来验证校准的有效性。
• 如果有任何偏差，需要重新校准。

4. 校准时需要注意的几点

• 选择正确的标准件：标准件的精度直接影响校准的精度。
• 每次测量前进行校准：如果连接电缆或设备发生变化，必须重新校准。特别是在高频或毫米波测量中，电缆的状态对测量结果有较大影响。
• 避免连接不良或松动：确保连接线和标准件牢固连接，避免接触不良。
• 高频和毫米波测试注意：高频信号在传输过程中受材料、结构和距离影响较大，务必精确操作，避免任何接触误差。

5. 校准后的使用

一旦完成校准，网络分析仪会自动补偿由连接器、电缆和仪器本身等带来的系统误差。此时，测量的S11、S21等参数应仅反映被测设备（DUT）的实际特性。

总结：
校准的主要原理是通过标准件（开路、短路、负载、透射）消除系统误差，确保网络分析仪能够准确测量S参数。规范的校准流程包括选择合适的校准方法（如SOLT）、使用标准件进行校准、确保测试环境稳定并验证校准结果。校准是获得准确测量结果的前提，尤其是在高频或精确测量场景中至关重要。