多端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)技術(shù)研究.pdf

1、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(Vector Network Analyzer，VNA)的發(fā)展已有近60年的歷史，已成為現(xiàn)代微波測量領(lǐng)域最重要的設(shè)備，校準(zhǔn)和誤差修正是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于任何的測量裝置都不可能是理想的，特別是網(wǎng)絡(luò)分析儀通常都工作在幾十MHz到幾十GHz的頻率范圍內(nèi)，測量裝置不可能在如此寬的頻率范圍內(nèi)都具有理想的性能和良好的一致性，這些性能上的非理想和非一致性都將導(dǎo)致測量誤差。而一味地追求硬件性能上的改進(jìn)，一方面會造成設(shè)計

2、難度的大大增加，另一方面也將使得儀器成本顯著提高。因此，一個合理的解決方案就是允許直接的測量結(jié)果存在誤差，而通過適當(dāng)?shù)姆椒ǖ玫礁黜椪`差并對測量結(jié)果進(jìn)行修正，從而獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。
　　 隨著多端口器件在微波毫米波工程中的廣泛應(yīng)用，對多端口網(wǎng)絡(luò)分析儀的需求不斷增加。在利用二端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量多端口器件時，需要通過多次測量才能得到完整的散射矩陣，由于匹配負(fù)載的非理想性以及多次連接的非一致性，都會給測量結(jié)果帶來誤差。相比之下，多

3、端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀只需一次連接就能獲得完整的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)矩陣。但是由于其硬件結(jié)構(gòu)和誤差模型的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過二端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，所以，相應(yīng)的校準(zhǔn)和誤差修正更加困難。本文針對n端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(n≥2)的校準(zhǔn)技術(shù)做了深入研究，主要工作及其創(chuàng)新成果包括：
　　 研究了兩種三通道二端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)技術(shù)。第一種是基于波傳播矩陣的10項誤差模型校準(zhǔn)技術(shù)。校準(zhǔn)中不需要計算各個系統(tǒng)誤差項，并且可以選擇長度未知的50歐姆傳輸線作為校準(zhǔn)件，

4、不僅降低了測試成本，而且簡化了校準(zhǔn)步驟。第二種是基于引入開關(guān)補(bǔ)償誤差的8項誤差模型校準(zhǔn)技術(shù)。通過對考慮開關(guān)反射誤差的8項誤差模型進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)其遠(yuǎn)不能達(dá)到12項誤差模型的校準(zhǔn)精度，因此從實際的物理情況出發(fā)對8項誤差模型進(jìn)行了二次改進(jìn)，并推導(dǎo)了相應(yīng)的校準(zhǔn)與誤差修正公式。
　　 提出了三種n端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)技術(shù)。第一種是引入開關(guān)補(bǔ)償誤差的4n項誤差模型校準(zhǔn)技術(shù)。該誤差模型更加符合實際情況，同時，利用矩陣形式簡化了誤差修正公

5、式。第二種是基于廣義節(jié)點方程的n端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)技術(shù)。校準(zhǔn)中不僅考慮了串話誤差對結(jié)果的影響，而且利用3個廣義節(jié)點方程就可以完整地描述待測件網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的真實值與測量值之間的關(guān)系，很容易歸納出通用的n端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差修正公式。第三種是基于廣義6項誤差模型的n端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)技術(shù)。通過在流圖中引入廣義節(jié)點和廣義增益的概念，使本來復(fù)雜的3n2項誤差模型在形式上與經(jīng)典的6項誤差模型相同，結(jié)合原始測量數(shù)據(jù)和節(jié)點方程，可以容易地計算出