[发明专利]一种基于理想零直通的多端口非插入式精确校准方法

说明书

本发明提出了一种基于理想零直通的多端口非插入式精确校准方法，包括以下步骤：步骤1，进行反射校准，确定源匹配误差E_Si、方向性误差E_Di和反射跟踪误差E_Ri；步骤2，进行额外的一次反射校准；步骤3，在端口i和其他N‑1个端口间进行(N‑1)次零直通校准，确定除端口i外的其他(N‑1)个端口间的(N‑1)(N‑2)项传输跟踪误差和(N‑1)个端口的(N‑1)²项负载匹配误差；步骤4，再进行额外一次反射校准和两次直通校准，确定端口i处于接收状态时和其他的(N‑1)个端口间的(N‑1)项负载匹配误差，及端口i和其他N‑1个端口间2(N‑1)项传输跟踪误差。本发明提高了非插入式校准和测量精度。

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种基于理想零直通的多端口非插入式精确校准方法。

背景技术

随着人们对电子设备性能、体积和功耗等方面要求的不断提高，设计人员必须不断提高射频微波部分电路的集成度，将各种不同的分立功能模块集成到一个多功能模块中。这种多功能模块通常具有多个相同类型连接器的输入输出端口。使用矢量网络分析仪对这些多端口多功能射频微波模块的性能指标进行测量前，必须对矢量网络分析仪进行校准，以确定测量系统本身存在的各种矢量系统误差大小，然后在测量时通过采用误差修正算法去除这些系统误差对测量精度的影响，才能得到被测件真实的性能指标。

矢量网络分析仪的校准就是通过对一组特性已知的校准标准进行测量，通过比较测量值和已知值，确定测量系统本身各种系统误差的过程。目前，使用比较广泛的校准方法是SOLT校准，校准标准包括短路器(S)、开路器(O)和负载(L)三个反射标准和一个直通标准(T)，校准标准数据模型和实际特性之间的符合性是决定校准精度的重要因素，二者之间的差异是校准误差的重要来源。默认情况下直通标准是通过将两个测量端口直接连接到一起实现的，是一个理想的零直通标准，并不需要使用一个真实的物理直通标准。

直通标准的默认数据模型将直通标准看成理想的零长度直通件，即端口1和端口2的反射S₁₁＝S₂₂＝0，信号在直通标准中传输时不引入任何损耗和延迟，即S₂₁＝S₁₂＝1，在所有的校准标准中，直通标准的数据模型和实际特性的符合性是最好的，因此使用理想的直通标准有利于提高校准精度，进一步也提高了测量精度。

对于具有相同测量端口连接器类型的同轴被测件，在直通校准时，两个测量端口无法直接连接到一起进行理想的零直通校准，直通校准时需要在两个端口间连接一个适配器，不可避免的引入失配、延时和损耗。此时如果不采取额外的处理过程，因直通标准的实际特性和数据模型存在巨大差异，将会引入非常大的校准误差。

对无法进行理想零直通校准的被测件统称为非插入式被测件，对这类器件测量前进行的校准过程统称为非插入式校准，校准难点主要在直通校准阶段，目前主要有4种方法解决这个难题：

(1)第一种方法是修改直通标准数据模型的定义，根据所使用的直通适配器的实际特性修改直通标准数据模型中损耗和延时的定义，因为所使用的直通适配器本身也是一个非插入式器件，特性数据的获取存在一定难度，即使得到了直通适配器的特性数据，还需再进行一系列计算才能获取校准标准的模型数据，对测量人员的专业技术要求很高。此外直通标准的数据模型中认为直通标准是互易的，即前反向的传输特性是一致的，而且没有考虑直通标准的端口失配特性，认为直通标准的端口阻抗是理想匹配的，这些误差都会影响校准精度。

(2)第二种方法是使用一种称为适配器去除的校准方法，这种方法的限制和缺点包括：同样要求适配器是互易的、端口是理想匹配的，对测量点间的频率间隔设置有一定限制，而且校准过程非常繁琐，现在很少使用这种校准方法。

(3)另外还有一种称为等效适配器交换的校准方法，这种校准方法技巧性很高，实际校准中很少使用。