网络分析仪校准的基础知识
网络分析仪校准的基础知识顾宏亮 Agilent
AEO
通常情况下，只有理想的设备才不需要校准。很不幸的是，这个世界上没有理想的设备。某些影响测量误差的因素是可以预测的或者说可以推导得出的，我们称之为系统误差。而某些却是随机出现，无法消除，我们称之为随机误差。网络分析仪误差修正的基础，就是测量一些已知的标准件，比如直通，负载，短路和开路。通过测量这些标准件，来获得那些导致测量误差的系统误差参数，从而在实际测量过程中作出修正。
校准的方法有很多种包括响应校准，单端口校准和双端口校准等等。在校准过程中所使用的校准件有机械校准件，以及电子校准件和用户自定义的校准件。
我们先来看一下各种校准方法之间的区别
误差修正一共有两种方法，分别是响应校准(类似于规一化)和矢量校准(单端口校准，双端口，以及多端口校准)
在我们讨论上述两种校准方法区别之前，我们有必要来回顾一下SOLT的校准方式。这个是一般网络分析仪最常见的校准方式。
SOLT校准技术
SOLT全称为ShortOpenLoadTransmission即短路开路负载和传输校准方式。
传统意义上的SOLT校准是建立在12项误差基础上的，如下图所示
分别表示为
由端口匹配所引起的:
源失配误差
负载失配误差
由频率响应所引起的:
反射跟踪响应误差
传输跟踪响应误差
由信号泄露所引起的:
方向性误差
串扰误差
其中单端口为6项误差，双端口为12项误差。因此在单端口校准中，主要为了消除其中的3项误差，分别是源失配误差，方向性误差以及反射跟踪响应误差。这三项误差可以由上述系统的流图中的方程导出，而这个方程可以通过建立3个方程组来求解其中的3个未知数。
为了去建立这三个方程组，在校准过程中需要测量3个已知的校准件。这3个已知的校准件就是Open，Short以及Load。
同样道理，如果进行双端口的校准去消除双端口测量中的12项误差，因此需要建立12个方程组。回想一下，我们是如何做双端口校准的？首先在每个端口上接Open，Load，Short，这样获得了总共6个方程组。然后我们使用Thru来进行校准，如果您曾经使用过875x系列网络分析仪就会记得，在Transmission测量中，有4个步骤，分别是:FWDTRANSTRU，REVTRANSTRU，FWDMATCHTRU，REVMATCHTRU(在新的网络仪中，您可以观察在Thru 校准中，仪表测了4次分别对应以上的几个项目)。这样又得到了4个方程组,最后做隔离校准，仪表又测量了两次(FWD以及REV),来获得最后的两个方程组。这样就总共有12个方程组，正好求解12项的误差。
以上就是对于SOLT校准的一些理论基础知识，那我们回头再来看校准的方法比较(响应校准和矢量校准)。
响应校准主要分为Response(Open),Response(Short)以及Response(Thru)。这些校准操作简单但是精度差，往往用在对精度要求不高的场合，可以校准上述12项误差中的反射跟踪响应。
矢量校准主要分为1Port，2Port以及全多端口的校准。1Port校准可以消除单端口测量中的3项误差，而双端口可以消除12项误差。
校准方法测量参数精度
Response(Open) S11或者S22 低
Response(Short) S11或者S22 低
Response(Thru) S21或者S12 高
1Port S11或者S22 高
2Port S11，S21，S12，S22 高
SOLT基本上能解决大部分的校准问题，但是对于某些应用就显得无能为力。例如当你需要测量PCB板上的器件，而SOLT只能校准到同轴面。这个时候就引入了一个新的校准方法，称为TRL校准。它的出现就解决了非同轴的测试难题，如波导校准，测试夹具上的校准以及探针台上测试的校准
TRL/TRL*校准技术
TRL全称为Transmission Reflection Line就是直通，反射，传输线的校准方式。它由以下两种形式。
a)真正的TRL校准：需要网络仪有4台接收机（R1，R2，A，B）
b)TRL*校准：网络仪只有3台接收机。(R，A，B)
这两个形式的主要区别在于网络仪的结构。
此图为4接收机结构
此图为3接收机结构
*关于网络仪的原理知识请参考Agilent的应用指南1287-2
TRL*这种校准方式是利用8项误差模型建立的(不包括隔离误差)，如下所示
由图可知，TRL*的校准方式是将整个测量结果看作是3个网络的级联。因此校准的过程就是为了获得其他两个误差矩阵的值，并在测试过程中将其消除。因此在校准过程中需要做10次测量，来获得其中的8个未知参数(不包括两个隔离误差)。
但是TRL*的校准过程中，默认同一端口处的源失配误差和负载失配误差相同。也就是说对于ε11来说，它既是正向的源失配(当端口1为输出，端口2为输入)同时也是反向的负载失配(当端口2为输出，端口1为输入)。它无法区分出源匹配和负载匹配。为什么会这样呢？主要还是3接收机的原理结构所造成的，请再仔细观察3接收机的结构形式，在开关切换中会呈现出不同的阻抗，但由于源参考接收机在开关之前，所以仪表不能获得开关切换所带来的不同阻抗，它只能认为任一方向开关的端接阻抗相同。
而TRL是真正的TRL校准，通过14次的测量来获得10个误差项。由于TRL是建立在4接收机结构形式上的，因此在直通和传输线的测量过程中，通过两个参考接收机的比值关系可
以对源匹配和负载匹配做出修正。
上面主要描述了TRL*以及TRL校准的基础理论以及它们之间的区别。区别主要在于是否能区分源匹配和负载匹配。在实际应用过程中，如果你做的TRL*校准不能去除夹具失配所造成的影响，而TRL校准可以显著的改善。
电子校准件
电子校准件只需要一次连接就可以进行1端口，2端口甚至于4端口的校准。特点是校准速度快，在校准过程中免除了操作人员接线的过程，可以将人为的误差降低至最小。特别适合于生产型企业或者制造多端口器件的厂家。
一般来说使用电子校准件会有以下的3个好处
1.速度快，节省时间
2.减少由人为引起的误差
3.减少连接头的磨损(校准过程中只
需一次连接)