矢量网络分析的校准:SOLT、TRL与Ecal

　　利用Ecal（电子校准）模块

　　为确保温度稳定，Ecal模块在一个加热的板上使用一组固态阻抗标准件。在网络分析仪校准期间，Ecal模块在关闭修正功能的情况下测量这些固态阻抗标准件，然后将这些原始（未修正的）测量结果与ECal模块内部闪存中保存的阻抗标准件预期性能值进行比较。网络分析仪读取阻抗状态值，并用这些值与测量值进行比较，再使用比较之后得到的差值计算校准系数（或误差项）。

　　要想最大限度地减少校准过程中的人为误差，ECal是一个极好的选择。ECal模块必须通过USB连接到网络分析仪上才能使用。ECal模块经过预热后，工程师将会把它连接到网络分析仪的测试端口上，并在校准菜单中选中ECal。该模块会自动感知端口连接并开始其校准过程。这个过程（通常用时不到30秒）具有高度的可重复性，并且正确执行时可获得比其他许多手动校准技术更高的精度。

　　与其他方法不同，ECal模块非常灵活，可使用不同的连接器通过执行某些VNA提供的用户表征功能进行重新表征。ECal模块附带有同轴连接器，当连接同轴波导适配器之后，Ecal模块可执行用户表征，从而能够作为波导模块使用。

　　校准技术及技术间的折中

　　用户在决定采用哪种校准技术时，往往会比较它们的精度和易用性。精度最高、技术水平要求最低的校准方法当然是最理想的。但遗憾地是，我们往往需要在这两个因素之间做一个折中。

　　表2充分利用了安捷伦的研究结果，把本文中讨论的校准技术汇集到一起，对它们所要求的技术水平及可重复性、成本和精度做了比较。结果分成低(L)、中(M)、高(H)三个档次。

　　因为2端口校准是最常见的应用，所以一般情况下，表2中提供的是2端口校准的SOLT值。相反，1端口SOL校准不要求直通，所以不包括直通标准件所引起的任何测量不确定度，因此通常会更精确一些。因为TRL校准不适用于1端口测量，所以此处只提供2端口TRL及其衍生校准的数据。

　　测量精度的考虑因素

　　精度是指仪器在规定误差技术指标内测量实际值的能力。典型的网络分析仪能够测量百分之一分贝数量级的功率和毫度级相位。只有使用适当的校准和测量方法，才能达到这种精度级别。适当的连接器操作、扭力、仪器操作和其他最佳实践对网络分析仪测量精度的影响，要比所选择的校准方法影响更大。较差的校准行为产生的误差可能会远远超过表2中显示的结果。

　　广义上说，网络分析仪没有固有的可保证精度。在校准过程中，这些仪器依靠对已知标准校准件进行测量建立一个基准。网络分析仪在校准过程中与标准件的背离程度决定了它的精度。进行正确的校准是确保最佳测量性能的基础。

　　失配测量的不确定度

　　考虑一条用于连接网络分析仪和被测件（DUT）的电路线轨，其特征阻抗具有10%的误差（例如，50Ω网络分析仪的特征阻抗为55Ω）。经过简单的计算可以得出，源和负载的反射系数为0.05，相当于VSWR为 1:1.10。这就造成了0.01 dB的失配损耗和±0.02 dB的失配不确定度。现在再来看一条在网络分析仪和被测件之间的反射系数为0.13的电路线轨，它的VSWR为1:1.30，这比1:2.0的 VSWR（通常在某些商业应用中指定）低得多。在这种情况下，失配损耗突然升至0.075 dB，失配不确定度为± 0.15 dB。图4说明了这种关系。

　　网络分析仪和被测件之间的连接可能包括电缆、适配器、电路线轨和夹具。劣质元器件和电缆、带有污垢或受到损坏的连接器以及不适当的扭力等因素，都可能引起每个元件的特征阻抗发生变化。这些因素的累积效应将会产生巨大的测量不确定度。

　　上述实例说明使用良好测量方法的重要性，包括对连接器进行适当的维护和清洁、施加适当的扭力、尽量少用连接器以及在校准和设备测量过程中使用优质的电缆和元器件。

　　最大限度减少校准过程中的噪声

　　在校准过程中，除了要使用好的测量方法之外，还应该把环境和噪声的影响降到最低。这将会改善测量结果的可重复性、精度和稳定性。如果有辐射或传导电子噪声，那么应使用滤波和屏蔽来降低噪声。使用特定的仪器设置，可进一步降低噪声对测量的影响：

　　● 将网络分析仪的激励功率设置到最高，以最大限度地增加被测件的信噪比。
　　● 缩小中频带宽。这种折中方法是降低扫描速度。如果需要，可使用求平均值法，通过减少随机白噪声的影响进一步提高信噪比。校准后可关闭平均算法，但是测量噪声会增加。
　　● 为减少程序误差的风险，强烈建议在执行校准之前检查仪器设置和被测件的连接情况。