VNA使用方法:矢量网络分析仪校准和测试方法

 

　　是不是每次测量一个新的项目前都必须做校准?

　　这个是不一定需要的，尽量将每次校准的state存入VNA，名字最好为校准状态，例如频率范围，输入激励功率等。如果有新的测试项目，但是它的测试条件和已有状态相似，且load state后，检查校准状态良好，就可用使用以前的校准状态，而不需要重新校准。

　　将校准state保存并调用的好处在于：Calibration Kit也是有使用寿命的，多次的校准，会是的校准件多次和校准电缆接触，可能污染校准件，使得校准件特性发生改变，影响下一次校准。

　　尽量养成如下习惯：将网络分析仪的port不用的时候加上防尘套;对测试电缆进行标号，使得VNA每个port尽可能固定连接某个电缆;对测试电缆不用时，也需要加上防尘套;尽量不用很脏的测试电缆等。

　　VNA的校准是精确测量前必要的准备。

　　以单端口DUT测量为例，测试模型参考one port error model，

　　由于VNA的输出和DUT的待测输入一般都存在中间过渡件/连接件，使得理想网络分析仪的测试平面和DUT的待测平面间出现了一个误差网络。对于单端口误差模型，有三个误差项。为了求解三个误差项，由线性矩阵理论，需要建立三个不相关的方程来求解。校准的原理就是建立这三个方程。

　　通过在测试面加入三个已知特性的校准件，例如开路件，反射系数理论上为1，短路件，反射系数理论上为-1，负载件反射系数理论上为0。通过VNA测量这三个校准件，得到实际测量结果。也就得到包含三个误差模型的线性方程，通过求解就能得到三个误差项。在后续的测量中，在直接获得的测试结果中，先通过数学运算，消除三个误差项带来的影响，显示给用户的就是校准后DUT的特性。

　　当然两端口误差模型更加复杂，分为正向和反向，正向具有6个误差项，反向也有6个误差项，总共有12个误差项需要求解，求解方法可用参考“RF Measurement of Die and Packages”

　　当然一般网络分析仪提供的二端口矢量校准方法为SOLT，通过单端口的分析，其实校准件的本质是建立误差模型方程，选择不同已知反射系数的校准件，就得到了很多不同的校准方法，例如LRM，LRRM，TRL等等。

　　当然校准的本质也是去嵌入(De-embedding)的过程，去嵌入的本质得到误差网络的S参数，通过转换到T参数，运用级联运算进行消除。去嵌入还能够消除非传输线网络的S参数，应用也比校准广泛。

　　实际校准的方法：

　　尽管一般VNA的User Guider上都有仪器校准的方法，但是还有很多细节需要注意的：

　　1.设定测试参数

　　选择测试频率范围：一般的频率范围要稍微大于测试指标规定的范围，选择VNA Port激励功率，对于无源器件，可以选择稍微大的激励功率，例如0dBm，但是对于测试Amplifier等小信号器件，一般激励信号要小于器件的1dB压缩点，对于Power Amplifier等大功率器件，需要减小VNA的输入信号功率，同时要在PA的输出和VNA的输入间加入衰减器。但是过分减小VNA的输入信号功率，可能会使得S11和S22测量误差增大。如果对于多端口VNA，还需要选择测试port

　　2.选择校准件，选择校准方法，通过仪器校准的Guide完成校准

　　每个公司都有不同的规格的校准件，例如N型的，SMA型的，这个在校准之前一定要选择好，这个是因为厂家提供的校准件，开路短路负载等也不是理想的反射系数分别为1，-1和0。同公司的VNA中会定义校准件，将校准件的特性预先存入VNA，以便校准时求解误差方程。因此，如果校准件选择不当，校准的意义也就没有了。

　　在校准过程中，显示format对于校准是没有影响的，可用选择显示S11或者S21，显示可用为VSWR或者Smith Chart，这个不影响校准。

　　已SOLT为例，首先进行单端口校准，分别将开路短路负载加至VNA的port1和port2，按照仪器指示进行完成校准，再连接Thru件，完成直通校准。

　　3.校准结果检查

　　这一步不是必须的，但个人觉得作为一个优秀的射频工程师，这一步是至关重要的。

　　开路校准特性的检查：校准完成后，将开路件取下，显示S11和S22的Smith Chart，良好的校准使得测试显示曲线在整个测量频率范围内都在Smith Chart的开路点

　　负载校准特性的检查：校准完成后，将测试端口连接负载件，测试S11和S22的Smith Chart，良好的校准使得测试曲线在整个测量频率范围内都在Smith Chart的中心点

　　直通检查：校准完成后，将两端口连接Thru件，测试S12或者S21的dB曲线，良好的校准使得测试曲线在整个频率范围内平坦，且都在0dB。