[发明专利]针对矢量网络分析仪电子校准件的校准标准选取方法

说明书

技术领域

本发明涉及矢量网络分析领域，尤其是一种针对矢量网络分析仪电子校准件的校准标准选取方法。

背景技术

矢量网络分析仪电子校准件的各种阻抗状态由传输线、电子开关和电子标准共同确定。由于在信号通道中有多个器件的互联，存在着多个不连续点。这些不连续点的存在对控制各种阻抗状态的参数会带来影响，使建立电子标准的精确模型变得非常困难，带来的多重反射会使电子标准的实际S参数和设计值之间发生严重偏离。再加上微部件组装等不确定因素的影响，致使生产出来的电子校准件标准间有“标准冲突”的现象。

矢量网络分析仪通过电子校准件校准之后，矢量网络分析仪的误差将通过各个标准的标定值和测量值被量化，这就是端口误差系数求解。根据电子校准可以提供多种标准的优势，使用可变权重电子校准算法对超定方程组求解可以对提高误差系数求解精度。

误差系数求解过程为：

a、每一个端口上进行加权最小二乘法求解，得到每个端口对应的反射误差系数项。

b、每两个端口间使用十二项误差模型求解对应传输误差系数项。

两端口间的传输误差项求解为通常的线性方程求解。而单端口反射误差系数采用的是超定方程最小二乘求解。误差系数方向性、源匹配、反射跟踪分别由E_DF、E_SF、E_RF表示，Γ_m表示电子标准的测量值，Γ表示电子标准的定标值。误差模型建立了误差系数项、待测件真实值、待测件测试值之间的关系，如图1所示。

从误差模型可以得到：

Γ_m＝E_DF-(E_DFE_SF-E_RF)Γ+E_SFΓ_mΓ(1)

对于电子校准件校准，其校准模块由CMOS开关组成，提供校准所需的反射电子标准和直通电子标准。原理图见图2，8个控制信号用来选择校准标准，从而完成校准。

利用图2所示的校准模块单个端口上(如端口1)可以构成8个电子标准阻抗状态，其对应的标准值为Γ₁、Γ₂、Γ₃、Γ₄、Γ₅、Γ₆、Γ₇、Γ₈。标准值的确定通过使用高精密仪器定标得到。校准过程中的测量值为Γ_m1、Γ_m2、Γ_m3、Γ_m4、Γ_m5、Γ_m6、Γ_m7、Γ_m8。

对于上述电子校准件提供的8个电子标准阻抗状态，得到方程组用矩阵形式表示：

将其简化表示为：

A×x＝b(3)

在利用最小二乘求解方程时，如果出现病态矩阵，方程将无解或存在错误解。而电子校准件作为MMIC实现的标准指标远不如机械标准件指标，但这并不妨碍这些MMIC阻抗状态称为一种电子校准标准，因为电子校准使用基于数据文件的定标方式和多标准多状态的误差系数求解算法，使用这些标准一样可以进行精确的误差系数求解，但对这种标准有三个基本的要求：

①标准状态曲线不能有突变点存在，避免在误差系数求解计算中不能正确的进行插值计算。

②每个频率点的各个标准的阻抗状态在史密斯原图上能分布散开，即各个电子标准阻抗状态要有独立性，这样能保证误差系数求解过程中所列方程组为非病态矩阵，降低误差系数的求解精度。

③标准的阻抗状态要具有稳定性，能在较长的时间内保持稳定，避免频繁的定标操作。

从图3可以看出，随着频率的升高，在40GHz附近，各个标准的阻抗曲线逐渐拧在一起，这种阻抗状态趋于一致的现象已不能保证电子标准的独立性。从而不能保证最小二乘求解时，方程(3)不出现病态。

另外模块内还有用于温度控制的电路。模块外部还需装配相应的微波模块接头。

也就是说，不同电子校准件装配后的相同标准定标值，是有区别的。这种不一致性也造成了方程(3)求解时，不能通过某个校准件的特性来确定整个批次的校准件特性。

现有电子校准件在提高指标方面，主要是通过详细的MMIC设计、严格的流片工艺、高精度的连接器设计等方法。在算法上主要是在原有最小二乘基础上，进行加权处理来提高校准精度。