矢量网络分析仪的误差模型与标定过程分析

最近，我与业内一位同事讨论了矢量网络分析仪的误差模型和校准过程。我简要地整理了一下，并与大家分享。
欢迎大家一起讨论。 Vectornet的错误模型确实不容易理解。
通常，只有开发Vectornet或专门研究测试技术的人才能对其进行深入研究。在使用矢量网络测试之前，有必要校准系统错误。
目的是校正由测试设备本身引入的误差项，以获得DUT的真实S参数。系统错误校准可分为单端口和双端口系统错误校准。
前者主要用于测试单端口设备的反射系数和导数参数，后者主要用于测试双端口设备的完整S参数和导数参数。单端口系统错误校准包括OSM（开路/短路/匹配，有时也称为OSL-开路/短路/负载）和归一化校准。
OSM校准是完整的单端口校准，可以校正全面的单端口测试中涉及的错误项，因此在测试单端口设备时，精度最高！反射归一化校准非常快，但是仅使用Open或Short的单个校准组件，并且只能解决一个反射跟踪误差项，因此精度受到限制。图1是反射计的等效示意图。
可以测试反射系数的原因是它包含一个方向性元件-一个方向性耦合器（低频矢量网主要使用VSWRbridge），可以实现入射波和反射波的分离。图1.反射仪示意图。
反射测试的基本过程是：激发源Source提供信号a1，大部分信号通过耦合器后的矢量端口输出到DUT； DUT反射的信号通过耦合器.Receiver的耦合路径到达测量接收器Meas。由于矢量网络端口也有反射，因此假设反射系数为S，则矢量网络端口和DUT端口之间将发生多次反射，并且多次反射的量也将通过耦合路径进入Meas.Receiver。
另外，由于耦合器不是理想的，因此其隔离也受到限制，这导致一部分激励信号a1被直接馈送到Meas中。接收器通过耦合器的隔离通道。
也就是说，Meas接收到的信号b3。接收器实际上包含三个部分：DUT直接反射的信号，测试基准面上的多次反射信号以及直接通过耦合器隔离通道泄漏的信号。
在列举公式之前，让我们在图中简要介绍一下识别参数：耦合器本身有4个端口，但是考虑到该模型仅包含耦合器的某些参数，它等效于一个3端口设备，端口分别为port1 ，端口2和端口3。 S21是耦合器的直通传输系数，S31是泄漏通道的传输系数，S32是耦合通道的传输系数。
为简单起见，您可以首先绘制上图的信号流程图，如下图所示：（ΓDUT是DUT的真实反射系数）。图2.单端口测试期间的信号流程图。
从信号流图中可以直接得到b3的表达式：简化后的反射系数的测量值如下：根据上式，反射系数的测量包含四个误差项：S21，S32，S31，S。通常，将（S21·S32）称为反射跟踪R（eflectivetracking），将S31 /（S21·S32）称为指向性，缩写为D（方向性），将S称为源端口反射系数。
简化后，单端口测试中实际上存在R，D和S三个错误项。校准时，分别使用“开路”，“短路”和“匹配”三个标准部分，每个标准部分得到一个方程式，该方程式可以唯一地求解这三个误差项，然后校正测量结果。
为了便于扩展到双端口测试的情况，引入了一个错误的双端口网络，它是等效的双端口网络，其中包含四个S参数ei，j，以及与R，D的对应关系。 ，S为：R = e01·e10，D = e00 / R，S = e11。
向量网络的每个端口都可以得到具有等效误差的两端口网络。在双端口测试中，比单端口测试涉及更多的错误，因此需要更复杂的校准方法来完成测试结果的校正。
图3.等效误差两端口网络最经典的两端口系统误差校准。