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在講校準(zhǔn)之前，先介紹一下網(wǎng)絡(luò)分析儀的“系統(tǒng)誤差模型”。如果你去看各種論文或書(shū)籍，都喜歡給你下面這張圖，然后列一大堆公式，先把你搞暈，這個(gè)是傳統(tǒng)的10項(xiàng)誤差模型。也有文獻(xiàn)叫12項(xiàng)誤差模型，包含了2個(gè)isolation誤差項(xiàng)，但是現(xiàn)代網(wǎng)分基本做得很好了，這個(gè)項(xiàng)可以忽略，故大部分都講10項(xiàng)誤差模型。

【資料圖】

我們這是碎片時(shí)間閱讀材料，就不講這些復(fù)雜的方程組了！

我們就來(lái)看看下圖的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和誤差模型吧，我們以測(cè)S21為例，實(shí)際測(cè)的是b2和a1的功率比b2-a1（為了方便，這里功率統(tǒng)一采用對(duì)數(shù)單位dBm），但是在圖中可以看到，b2和a1是不能直接測(cè)到的，必須通過(guò)功分器在1端口的參考接收機(jī)通道測(cè)出a1’，然后在2端口的測(cè)量接收機(jī)通道測(cè)出b2’，因此（b2’-a1’）和（b2-a1）之間的差值，我們就定義為系統(tǒng)誤差。

所謂校準(zhǔn)，就是測(cè)量一組已知器件（即校準(zhǔn)件或稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)件），根據(jù)儀器接收機(jī)實(shí)際測(cè)試的結(jié)果和已知校準(zhǔn)件的特性比較，聯(lián)列方程組，解出上述的誤差項(xiàng)eij，從而為后續(xù)的測(cè)量提供修正。

這里需要對(duì)校準(zhǔn)件做進(jìn)一步說(shuō)明，在同軸系統(tǒng)中，校準(zhǔn)件通常是開(kāi)路、短路、匹配和直通，但是由于現(xiàn)實(shí)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的開(kāi)路、短路、匹配和直通，因此需要正確的標(biāo)定校準(zhǔn)件的“特征數(shù)據(jù)(characteristicdata)”，例如開(kāi)路應(yīng)該表征為一個(gè)寄生電容和一段傳輸線(xiàn)；短路表征為寄生電感和一段傳輸線(xiàn)，匹配一般表征為一個(gè)理想50歐姆，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀也可以對(duì)匹配的不理想性進(jìn)行表征。如下圖所示。

一般在校準(zhǔn)件的附帶的存儲(chǔ)設(shè)備里面，都以文件形式定義，現(xiàn)在高端的校準(zhǔn)件一般都會(huì)配備一個(gè)優(yōu)盤(pán)，里面存著這套校準(zhǔn)件的特征數(shù)據(jù)（一般每套校準(zhǔn)件都有自己的***），嚴(yán)格講每套校準(zhǔn)件要和自己配套的特征數(shù)據(jù)配合使用。對(duì)于低頻的同軸校準(zhǔn)件，其差異性不是很大，所以大部分商用網(wǎng)絡(luò)分析儀都內(nèi)置了常見(jiàn)型號(hào)的校準(zhǔn)件“特征數(shù)據(jù)”的典型值（typical）。

對(duì)于直通校準(zhǔn)件，必須精確的表征（或者說(shuō)“告訴”網(wǎng)絡(luò)分析儀）其插損和電長(zhǎng)度，嚴(yán)格來(lái)講還需要知道其S11和S22，但是目前網(wǎng)絡(luò)分析的模型都是把直通當(dāng)一個(gè)理想50歐姆的有損傳輸線(xiàn)來(lái)處理的。

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀普遍采用了2N接收機(jī)架構(gòu)，例如2端口網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收機(jī)數(shù)目為4，即每個(gè)端口都有自己的參考接收機(jī)和測(cè)量接收機(jī)，因此共有7個(gè)獨(dú)立的誤差項(xiàng)（即7個(gè)未知數(shù)），這樣就不需要預(yù)先知道Thru校準(zhǔn)件的參數(shù)了，只要保證Thru校準(zhǔn)件互易（Reciprocal），只需列7個(gè)方程就能把校準(zhǔn)完成。并且同時(shí)可以精確的測(cè)試出Thru校準(zhǔn)件的插損和電長(zhǎng)度。

基本上所有網(wǎng)絡(luò)分析儀都支持傳統(tǒng)的TOSM（有些廠商叫作SOLT-Short Open LoadThrough），使用這種方法的前提是----必須正確的定義Through的特征特征參數(shù)，就是說(shuō)校準(zhǔn)件的參數(shù)文件中必須包含Through的參數(shù)，而且必須要使用這個(gè)特定的Through，不能用別的Through或者轉(zhuǎn)接頭代替。

TOSM校準(zhǔn)之后，直接測(cè)量Through的結(jié)果就是校準(zhǔn)件模型中對(duì)應(yīng)的“特征數(shù)據(jù)”（即優(yōu)盤(pán)里存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)），有一定的插損和相位。這一點(diǎn)是需要注意的，很多使用者一直有一個(gè)認(rèn)識(shí)的誤區(qū)，認(rèn)為這時(shí)候的插損應(yīng)該是0，相位也是0，這是不正確的。

對(duì)于UOSM校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后直接測(cè)量Through校準(zhǔn)件，這時(shí)網(wǎng)絡(luò)分析儀就把Through直接當(dāng)成一個(gè)被測(cè)件來(lái)處理，測(cè)到的插損和相位就是這個(gè)校準(zhǔn)件實(shí)際的特性。

值得一提的是，UOSM校準(zhǔn)非常適合兩端為不同接頭類(lèi)型的器件的測(cè)試。例如一個(gè)被測(cè)件的輸入是N型接頭，輸出是SMA接頭。在測(cè)試這種器件時(shí)，可以在網(wǎng)分的一端使用N型電纜，另一端使用SMA型電纜，校準(zhǔn)的時(shí)候，可以在N型接頭這邊使用N型的Open、Short、Match校準(zhǔn)件校準(zhǔn)，在SMA型接頭這邊使用SMA的Open、Short、Match校準(zhǔn)件。在校準(zhǔn)Through的時(shí)候，使用任意一個(gè)質(zhì)量較好的N-SMA轉(zhuǎn)接頭即可，校準(zhǔn)完之后，參考面就是電纜的N型接頭和SMA型接頭的末端。因此UOSM校準(zhǔn)方法也可以用于測(cè)試一些接頭適配器和射頻電纜。

另外UOSM還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，假設(shè)兩個(gè)人，分別用不同的Thru（不一定要是校準(zhǔn)件級(jí)別的，只要是正常的轉(zhuǎn)接頭即可）去校準(zhǔn)，當(dāng)然Open、Short、Match是一樣的，最終的校準(zhǔn)結(jié)果是一致的，因?yàn)楦静恍枰案嬖V”儀器Thur的特征參數(shù)，Thru可以是任何互易的轉(zhuǎn)接頭。

首先這里要強(qiáng)調(diào)，用校準(zhǔn)件去驗(yàn)證，實(shí)際測(cè)試的結(jié)果不是“理想”參數(shù)，而是校準(zhǔn)件“特征數(shù)據(jù)”。

因此直接測(cè)試Open，并不是在史密斯圓圖最右端開(kāi)路位置的一圈點(diǎn)，而是一個(gè)沿等駐波比圓，向源（generator）方向的一條曲線(xiàn)。這是因?yàn)槿鐖D3中的開(kāi)路校準(zhǔn)件實(shí)際上是一個(gè)寄生電容串聯(lián)一段有損傳輸線(xiàn)，對(duì)于不同頻率傳輸線(xiàn)引起的相移（包括損耗）是不一樣的，因此聚在一起的數(shù)百個(gè)掃頻點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的頻率是不一樣的，相移各不相同，就顯示成一個(gè)曲線(xiàn)了，如果看S11的相位，也不是0度，原因同上。

同理如果測(cè)試Short校準(zhǔn)件的S11，看到的也是在史密斯圓圖左端短路點(diǎn)附近，沿等駐波比圓，向源（generator）方向的一條線(xiàn)，曲線(xiàn)的長(zhǎng)度和掃頻范圍有關(guān)。

至于Match，由于目前的網(wǎng)絡(luò)分析儀一般把它當(dāng)作理想50歐姆匹配來(lái)處理的。所以校準(zhǔn)完再次接上Match校準(zhǔn)件，其反射系數(shù)非常低，一般能達(dá)到-60dB左右，這個(gè)值可以理解為“有效系統(tǒng)數(shù)據(jù)”即補(bǔ)償后的剩余誤差。值得注意的是，對(duì)于Match會(huì)有一個(gè)特殊的所謂“記憶（re-recognition）”現(xiàn)象，也就是說(shuō)用某套校準(zhǔn)件校準(zhǔn)，如果還是測(cè)剛剛校準(zhǔn)用的那個(gè)Match，反射系數(shù)可以到-60dB左右，如果換任何其他一套校準(zhǔn)件中的Match，都不可能達(dá)到-60dB，一般只能達(dá)到-30dB左右。這主要是因?yàn)椋皖l段的網(wǎng)絡(luò)分析儀都把Match當(dāng)作理想50歐姆，校準(zhǔn)算法僅僅根據(jù)當(dāng)前測(cè)試的這個(gè)Match的結(jié)果來(lái)補(bǔ)償，而實(shí)際上每個(gè)Match的物理特性都是略有差別的，因此換上另外的Match就不可能達(dá)到-60dB左右的反射系數(shù)。當(dāng)然理想的50歐姆也是不可能實(shí)現(xiàn)的，這也是影響測(cè)量不確定度的一個(gè)因素，目前商用網(wǎng)絡(luò)分析儀在測(cè)試反射系數(shù)，特別是反射系數(shù)特別小的器件的時(shí)候（-25dB到-35dB），不確定度一般都能達(dá)到2-3dB。

因此有必要再次強(qiáng)調(diào)，任何匹配校準(zhǔn)件真實(shí)的S11（反射系數(shù)）達(dá)不到－60dB，一般只有-30到-40dB左右。在校準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)將它當(dāng)作理想的匹配，就得到了－60dB這樣低的結(jié)果。

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀也支持用S參數(shù)包來(lái)定義校準(zhǔn)件，如果采用S參數(shù)包文件定義，校準(zhǔn)后再測(cè)量Open，Short和Match，測(cè)量的結(jié)果就和S參數(shù)定義包里面的數(shù)據(jù)完全一樣。特別指出這時(shí)候在用剛剛校準(zhǔn)用的Match校準(zhǔn)件接上去，一般也就是-30dB左右（和定義Match的S參數(shù)包文件一模一樣），不再會(huì)出現(xiàn)-60dB的“記憶效應(yīng)”現(xiàn)象。值得注意的是，目前的商用校準(zhǔn)件通常只是對(duì)Open、Short、Match使用S參數(shù)包，對(duì)Through還是使用有損傳輸線(xiàn)的模型。這主要是由于傳輸線(xiàn)模型已經(jīng)能比較精確的描述其特性了，由于Through是2端口器件，必須是有S2P文件，而如果用了S2P文件，文件的參數(shù)必須和校準(zhǔn)件的連接的方向有關(guān)，而實(shí)際中也不方便規(guī)定校準(zhǔn)的時(shí)候Through的連接方向。

TOSM校準(zhǔn)完之后，Through校準(zhǔn)件不拿掉，直接測(cè)試S11或S22，此時(shí)測(cè)得的是有效負(fù)載匹配（可以當(dāng)做接近理想50歐姆）串聯(lián)一段有損傳輸線(xiàn)的結(jié)果，如下圖所示，是在史密斯原圖中心匹配點(diǎn)附近的一個(gè)小圓圈，隨著頻率的變化呈現(xiàn)一定的復(fù)數(shù)阻抗特性，逐步偏離50歐姆原點(diǎn)。由于Through校準(zhǔn)件是當(dāng)作理想50歐姆的有損傳輸線(xiàn)來(lái)處理的，沒(méi)有考慮Through本身的S11反射，這個(gè)值換算成反射系數(shù)用dB表示仍然很小，一般網(wǎng)絡(luò)分析儀在8GHz以下，仍然有-50dB左右。

當(dāng)然，如果校準(zhǔn)件采用的S參數(shù)包文件，這時(shí)候的試S11或S22一般也只能到-30dB左右。

TOSM校準(zhǔn)在測(cè)量直通時(shí)，仍然要測(cè)試S11和S22，并對(duì)其補(bǔ)償，因此校準(zhǔn)之后，對(duì)當(dāng)前使用的這個(gè)Through校準(zhǔn)件也有所謂“記憶（re-recognition）”現(xiàn)象，此時(shí)換成另外任何一個(gè)Through之后，都不可能達(dá)到-50dB的回波損耗的，甚至僅僅把當(dāng)前這個(gè)Through換一個(gè)方向連接，也達(dá)不到-50dB這個(gè)量級(jí)。

但是USOM對(duì)Through的S11和S22沒(méi)有做測(cè)量和補(bǔ)償，Through甚至是未知的，更沒(méi)有把它描述為一個(gè)理想有損傳輸線(xiàn)，因此就沒(méi)有所謂的“記憶（re-recognition）”現(xiàn)象。校準(zhǔn)完之后，直接測(cè)試Through，其S11和S22就是這個(gè)Through本身的端口反射系數(shù)，一般在-30dB以下。但是這才是合理的，TOSM校準(zhǔn)后的結(jié)果實(shí)際上是“記憶（re-recognition）”效應(yīng)的結(jié)果，是過(guò)于理想化的儀器的剩余誤差，不能反映校準(zhǔn)件和系統(tǒng)的真實(shí)特性。

雖然UOSM校準(zhǔn)之后，直接測(cè)試校準(zhǔn)件的結(jié)果沒(méi)有TOSM那么理想，但是UOSM才是更精確的校準(zhǔn)方法，其結(jié)果更能真實(shí)的反映校準(zhǔn)件的特性。

總而言之就是：UOSM校準(zhǔn)以及S參數(shù)包定義的校準(zhǔn)件模式，校準(zhǔn)后直接用校準(zhǔn)件驗(yàn)證的結(jié)果更接近真實(shí)情況，但是結(jié)果不是那么好看。

TOSM校準(zhǔn)(并且在沒(méi)有正確定義thru的情況下)以及理想的match校準(zhǔn)件定義模式下，直接用校準(zhǔn)件驗(yàn)證的結(jié)果過(guò)于理想，但是很討人喜歡，具有一定迷惑性！

審核編輯：湯梓紅