历史上的今天
今天是：2025年03月23日（星期日）
2021年03月23日 | 浅析矢量网络分析仪误差模型及校准
2021-03-23 来源：eefocus
最近跟业界一位同仁讨论了矢量网络分析仪的误差模型及校准过程，简单整理了一下，分享给大家，欢迎一起讨论。
矢网的误差模型确实不太好理解，一般只有研发矢网或者专攻测试技术的人员才会深入探究。使用矢网测试之前，都是需要作系统误差校准的，目的就是将测试装置本身引入的误差项修正掉，得到DUT真实的S参数。
系统误差校准可分为单端口和双端口系统误差校准，前者主要用于测试单端口器件的反射系数及其衍生参数，后者主要测试双端口器件的全S参数及其衍生参数。
单端口系统误差校准包括OSM(open/short/match，有时称为OSL——open/short/load)和归一化校准。OSM校准属于全单端口校准，可以修正全面的单端口测试涉及的误差项，所以测试单端口器件时精度最高！反射归一化校准，速度很快，但是只使用Open或者Short单个校准件，只能求解反射跟踪一个误差项，所以精度有限。
图1为一个反射计的等效示意图，之所以可以测试反射系数，是因为包含一个定向元件——定向耦合器(低频矢网多数采用VSWR bridge)，实现了入射波与反射波的分离。
反射测试的基本过程：激励源Source提供信号a1，经耦合器后大部分经矢网端口输出至DUT；经DUT反射的信号经过耦合器的耦合路径到达测量接收机Meas. Receiver. 由于矢网端口也存在反射，假设反射系数为S，那么在矢网端口与DUT端口之间会存在多次反射，多次反射的量同样也会经过耦合路径进入Meas. Receiver. 此外，由于耦合器并不是理想的，所以其隔离度也是有限的，这导致激励信号a1的一部分会经过耦合器的隔离通道直接馈入Meas.Receiver。
也就是说，Meas. Receiver接收到的信号b3实际包含三部分：DUT直接反射的信号，测试参考面处的多次反射信号，以及经耦合器隔离通道直接泄露的信号。
图1. 反射计简要示意图
在列举公式之前，再简单介绍一下图中的标识参数：耦合器本身有4个端口，但是考虑到该模型中只涉及耦合器的部分参数，所以此处将其等效为3端口器件，端口分别为port1、port2、和port3. S21是指耦合器的直通传输系数，S31是指泄露通道的传输系数，S32是指耦合通道的传输系数。
简便起见，可以先画出上图的信号流图，如下图所示：( ![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103524760.svg+xml)
为DUT真实的反射系数)。
图2. 单端口测试时的信号流图
由信号流图可以直接得到 ![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103525216.svg+xml)
的表达式：
![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103525216.svg+xml%3Da_1%5Ccdot%7B%28S_%7B31%7D%2BS_%7B21%7D%5Ccdot%7BS_%7B32%7D%7D%5Ccdot%7B%5Cfrac%7B%5CGamma_%7BDUT%7D%7D%7B%281-S%5Ccdot%7B%5CGamma_%7BDUT%7D%7D%29%7D%7D%29%7D)
经化简得反射系数的测量值如下：
![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103525847.svg+xml)
![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103525555.svg+xml)
由上式可知，反射系数测量中包含四个误差项： ![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103526179.svg+xml)
。一般称 ![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103526934.svg+xml)
为反射跟踪R(eflective tracking)，称 ![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103526644.svg+xml)
为方向性，简写为D(irectivity)，S则称为源匹配。
![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103527629.svg+xml)
经简化，单端口测试时实则共有R、D、S三个误差项。校准时，分别使用Open、Short和Match三个标准件，每个标准件得到一个方程，即可唯一地求解出三个误差项，然后再对测量结果修正。
为了便于扩展至双端口测试的情况，引入了误差二端口网络，这是一个等效双端口网络，包含四个S参数 ![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103527812.svg+xml)
，与R、D、S的对应关系为： ![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103527284.svg+xml)
，![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103528149.svg+xml)
，![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103528381.svg+xml)
.
图3. 等效的误差二端口网络
矢网的每个端口均可以得到这样一个等效误差二端口网络。双端口测试时，涉及到的误差比单端口测试多不少，因此需要采用更加复杂的校准方式才能完成测试结果的修正。
最经典的双端口系统误差校准为TOSM(Through,Open, Short, Match)，有时也称为SOLT(L, Load)。TOSM校准适用于12项误差模型，最终经过化简得到10项误差，而TOSM校准刚好可以提供10个方程，因此可以唯一确定误差项的解。
下面以双端口网络前向测试为例，观察可能存在的信号路径：共1~5五条可能的信号路径。其中信号路径5为端口或者测试夹具的串扰，简便起见，下面的公式中并不包含该项，即认为端口之间是理想隔离的。
由信号流图可知，测试前向传输系数 ![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103528841.svg+xml)
时，误差主要来自于测试装置本身的传输频响、测试参考面的多次反射等，映射到误差二端口网络则如图5所示，结合图4对应的信号流图，便可以推导出 测量值与误差项之间的表达式。
图4. 双端口网络：前向测试时存在的信号路径
图5. 前向和反向测试时的信号路径及对应的误差项
前向测试将会涉及到R、D、S、T(transmission tracking)、L(Load match)五项误差， ![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103529448.svg+xml)
和 的测量值表达式如下：
反向测试将会涉及到R’、D’、S’、T’(transmission tracking)，L’(Load match)五项误差， ![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103529337.svg+xml)
和 ![[公式]](https://8.eewimg.cn/news/uploadfile/2021/0323/20210323103529510.svg+xml)
的测量值表达式如下：
作TOSM校准后，便可以求得这10项误差，然后代入上式便可以计算出真实的四个S参数。
史海拾趣
|
我们已经开发了PXA310的开发板,还有必要开发三星的6410吗? 随着智能手机和PDA的使用越来越广泛，各大厂家都纷纷推出芯片方案。其中最为脱出还是以Samsung 和Marvell 两家公司。 Marvell自从收购了Intel 的的通信和应用处理器Xscale业务后，非常关注这块业务，并且于2007年12月份发布其新一代的应用处理器— ...… 查看全部问答＞ |
|
我有5个由中断直接连接的按键，请问如何识别是哪个管脚产生的中断啊？ 其中两个键触发的沿是上升沿和下降沿交替触发的，三个按键是下降沿触发的，我把它们放在一个中断服务程序中了，由于其中一个制约其他的发出消息，现在我不知道如何识别是哪个管脚产生的这个沿导致产生的中断，请教各位了。… 查看全部问答＞ |
|
请问大侠s： 一个编译器中如何才能支持fopen等I/O操作呢？是不是C库中必须要包含相关的C库，我现在使用MDK的IDE，它内部有个自己的文件系统，但是我在SDRAM中调试运行的时候，发现运行fopen函数后，程序就跑飞了。我怀疑是fopen库函 ...… 查看全部问答＞ |
|
各大LED生产商在上游磊晶技术上不断改进，如利用不同的电极设计控制电流密度，利用ITO薄膜技术令通过LED的电流能平均分布等，使在结构上都尽可能产生最多的。再运用各种不同方法去抽出LED发出的每一粒光子，如生产不同外形的芯片；利用芯片周边有效 ...… 查看全部问答＞ |
|
用430 产生一个spwm，我用的是规则采样，当载波比设置为129的时候波形正常，一旦超过129就会失真，如果设置成500那正弦波直接变为尖峰。不知道为什么，请教各位大神啊！！！！！！！ 下面是我的程序： void Init(){ MyClkInit(); Chang ...… 查看全部问答＞ |
|
易电源试用心得2 对于易电源模块LMZ10504TZ的带载能力非常出色。它的输入是2.95-5.5V,输出是2.5V.因此可以看出该模块的输入电压范围很大，输出电压稳定。从电力电子知识看可以知道这是一种BUCK电路，即降压 ...… 查看全部问答＞ |