矢量網(wǎng)絡(luò )分析的校準:SOLT、TRL與Ecal

　　校準類(lèi)型

　　現在的網(wǎng)絡(luò )分析儀都具有極強的處理能力和靈活性，針對特定應用的許多校準方法也隨之涌現出來(lái)。例如，針對特定應用的校準類(lèi)型有混頻器/變頻器校準（用于頻率偏置器件）、噪聲系數校準和夾具內測量等。下面以全面的1端口和2端口矢量校準為討論的重點(diǎn)，并回顧網(wǎng)絡(luò )分析儀中針對所有誤差源的矢量校準方法。這些方法與那些不考慮所有誤差項的方法（例如響應校準）相比，精確度要高得多。討論校準精度時(shí)，將討論范圍限定為一些常用的校準類(lèi)型，大多數現代校準方法來(lái)源于這些常用的校準類(lèi)型。常用的校準技術(shù)有三種：SOLT（短路－開(kāi)路－負載－直通）、TRL（直通－反射－線(xiàn)路）和ECal（電子校準）模塊。在每一種校準技術(shù)中，通常又針對特定的測量要求（如寬帶頻率或晶圓上探測）分成不同的校準方法。表1中總結了這些常用的校準技術(shù)及其各自的主要優(yōu)勢。

　　網(wǎng)絡(luò )分析儀中的系統誤差

　　圖1總結了典型網(wǎng)絡(luò )分析儀中的系統誤差來(lái)源。相位測量功能使得VNA能夠精確地計算所有的誤差來(lái)源。方向誤差會(huì )影響反射測量的精度。隔離誤差會(huì )影響發(fā)射測量的精度。源和負載誤差與被測件和分析儀測量端口阻抗之間的失配有關(guān)。反射和發(fā)射跟蹤誤差與分析儀的參考接收機和測量接收機的頻率響應差異有關(guān)。

　　探究SOLT校準

　　大多數網(wǎng)絡(luò )分析儀用戶(hù)最先熟悉的校準方法是SOLT。SOLT校準能夠提供優(yōu)異的精度和可重復性。這種校準方法要求使用短路、開(kāi)路和負載標準校準件。如果被測件上有雌雄連接器，還需要分別為雌雄連接提供對應的標準件，連接兩個(gè)測量平面，形成直通連接。

　　SOLT校準方法使用12項誤差修正模型，其中被測件的正向有6項，反向有6項。圖2顯示了正向誤差項：ED（方向）、ES（源匹配）、EL（負載匹配）、ERF（反射跟蹤）、ETF（發(fā)射跟蹤）和EX（串擾）。操作正確的話(huà)，SOLT可以測量百分之一分貝數量級的功率和毫度級相位。常用的校準套件中都包含SOLT標準校準件。這些校準件包括各種連接器類(lèi)型，并且價(jià)格相對便宜，小心使用的話(huà)可以用很多年。

　　有的SOLT校準套件包含滑動(dòng)負載，因此可改變路徑的線(xiàn)路長(cháng)度，同時(shí)保持恒定的負載阻抗（通常為50Ω或75Ω）?；瑒?dòng)負載在高頻時(shí)尤為重要，因為在這種情況下很難實(shí)施良好的固定負載。線(xiàn)路長(cháng)度的變化會(huì )直接成比例地改變電長(cháng)度，導致測量路徑中發(fā)生相移。通過(guò)在校準過(guò)程中使用幾種不同長(cháng)度的線(xiàn)路和相應的相移，可以更精確地測量網(wǎng)絡(luò )分析儀的方向性（圖3）。

　　雙向直通SOL通常稱(chēng)為“未知直通”。這種方法允許在遵守一些基本原則的條件下，在校準過(guò)程中使用電纜、電路板線(xiàn)軌或Ecal模塊作為直通路徑。當處理非插入式設備（具有同性或不兼容的連接器，在校準期間需要使用適配器才能建立直通連接）時(shí)，未知直通尤為有用。該適配器會(huì )給校準帶來(lái)一個(gè)誤差。未知直通因為無(wú)需使用精密的或經(jīng)過(guò)校準的適配器，并且可以最大限度地減少校準期間的電纜移動(dòng)，所以非常有用。它通常比其他需要去除適配器的方法更方便、更精確。

　　以SOLT為基礎的其他校準技術(shù)還包括對一個(gè)標準校準件進(jìn)行偏置。對于波導和其他高頻應用來(lái)說(shuō)，這個(gè)“偏置SOLT”的方法非常有效。例如，一個(gè)偏置負載可以被認為是一個(gè)混合標準件，其中包含兩個(gè)不同長(cháng)度的已知偏置（發(fā)射線(xiàn)路）和一個(gè)負載元件。

　　“Quick SOLT”或QSOLT用于多端口應用中（網(wǎng)絡(luò )分析儀上的測量端口多于2個(gè)）。這種方法有時(shí)被稱(chēng)為N端口解決方案，其中N代表端口的數量。校準的步驟數與端口數量成正比。QSOLT使用需要校準步驟較少的數學(xué)算法，通過(guò)一組最少的連接全面解析N端口誤差模型。

　　大多數SOLT校準以手動(dòng)方式執行，并且執行起來(lái)相對容易。安捷倫網(wǎng)絡(luò )分析儀提供（逐步）引導式校準，可減少人為誤差，提高可重復性。然而，正確的校準技術(shù)必須通過(guò)實(shí)踐的檢驗。同大多數測量技術(shù)一樣，SOLT校準也需要通過(guò)實(shí)踐的檢驗，以保證能夠提供最大的性能。