矢网误差分析之系统误差及其测量

时间： 2024-11-13 来源：普尚

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系统误差是由于矢网硬件特性的不理想引起的，这种误差是可重复的（因此可以预测），并假设不随时间改变。通过校准可以确定系统误差，测量时通过数学计算来消除这些误差。

系统误差并不能完全消除，由于校准过程的局限性，总有一些残留误差，校准后的残留系统误差主要来自：

校准标准的不理想
连接器连接
互连电缆
仪器本身

所有的测量都受动态精度和频率误差的影响，对于反射测量，有关的残留误差为：

有效方向性
有效源匹配
有效反射跟踪

对于传输测量，相关的残留误差为：

串扰
有效负载匹配
有效传输跟踪

一、常见误差类型

1) 方向性误差

矢网用定向耦合器或电桥来做反射测量，理想耦合器的耦合端只有反射信号输出到接收机进行测量。实际上，将有少量的入射信号通过耦合器的主路泄漏到耦合端口，这会在测量时引起方向性误差，矢网通过如下方法确定和减小方向性误差：

在校准时，将负载连接到测量端口，并认为负载端口不发生反射。
耦合端口的输出信号就是泄漏的误差信号。
在反射测量时减去方向性误差信号。

2) 串扰误差

理想情况下，只有通过被测件的传输信号到达接收机，实际上有少量的信号通过矢网中的其它路径到达接收机，这部分信号称为串扰信号，矢网通过如下方法确定和减小串扰误差：

校准时在端口1和端口2同时连接负载。
测量接收机中测量的信号就是矢网内的泄漏信号。
在传输测量时误差修正去除串扰误差。

3) 源匹配误差

理想情况下在反射测量时，测量接收机接收从被测件反射回的所有信号，实际上，从被测件反射回来的一部分信号又被测量端口反射回被测件，这部分信号测量接收机是测量不到的，这会引起源匹配误差，矢网通过如下方法确定和减小源匹配误差：

校准时将短路器连接到测量端口，接收机测量来自短路器反射的信号，将测量值保存到矢网里。
将开路器连接到端口，接收机测量来自开路器反射的信号，将测量值保存到矢网里。
矢网将测量值和开路器、短路器的已知值进行比较，确定源匹配误差项。
在进行反射和传输测量时通过误差修正去除源匹配误差。

4) 负载匹配误差

理想的传输测量，测量接收机接收通过被测件的传输信号，实际上，有一部分信号被测试端口反射而无法测量，这就会引起负载匹配误差，矢网通过如下方法确定和减小负载匹配误差：

将端口1和端口2连接到一起进行零长度直通。
当源在1端口时，A接收机中的测量信号中包括端口2的反射信号，当源在端口2，B接收机中的测量信号包括端口1的反射信号，这样就可以确定负载匹配误差。
在进行反射和传输测量时通过误差修正去除源匹配误差

5) 反射跟踪误差

反射测量是通过比较A/B接收机与参考接收机中的信号进行的，这称为比值测量。对于理想的反射测量，A/R1或B/R2接收机的频响应该是完全相同的。实际上这是不可能的，这就会引起反射跟踪误差，是由各种测试偏差引起的矢量和误差，误差的幅度和相位都会随频率变化。

6) 传输跟踪误差

与反射跟踪类似，对于理想的传输测量，A与R2或B与R1接收机的频响应该是完全相同的。实际上这是不可能的，这就会引起传输跟踪误差，是由各种测试偏差引起的矢量和误差，误差的幅度和相位都会随频率变化。

反射与传输跟踪误差主要由以下的原因引起：

信号分离器件。
测试电缆与适配器。
参考和测试信号路径间的差异。

二、测试方法：

1）开机预热60分钟以上；

2）按【Preset】>【Power】>【-5】，按回车键；

3）按【Sweep】>【扫描点数】，并键入4001；

4）按【Avg BW】>【中频带宽】，并键入10Hz；

5）按【Cal】>【智能校准】，进行端口1和端口2的全双端口SOLT校准；

6）完成校准后断开测试电缆校准面；按测量要求设置起始频率和终止频率范围：10MHz~40GHz；

● 端口1传输跟踪：

7）按【Meas】>【 S12 】；

8）在所需频段范围内搜索最大值和最小值，其中绝对值较大者为端口1传输跟踪；

● 端口2传输跟踪：

9）按【Meas】>【 S21 】；

10）在所需频段范围内搜索最大值和最小值，其中绝对值较大者为端口2传输跟踪；

● 端口1有效负载匹配：

11）按【Meas】>【 S11 】；

12）在所需频段范围内搜索最大值为端口1有效负载匹配；

● 端口2有效负载匹配：

13）按【Meas】>【 S22 】；

14）在所需频段范围内搜索最大值为端口2有效负载匹配；

● 端口1反射跟踪：

15）在端口1连接短路器（short），按【Meas】>【 S11 】，按【Math】>【内存】>【归一化】；

16）在所需频段范围内搜索最大值和最小值，其中绝对值较大者为端口1反射跟踪；

● 端口1有效源匹配：

17）按【Math】>【内存】>【数据计算】>【数据+内存】；

18）在端口1连接开路器，按【Scale】>【参考电平】，并键入-50；

19）在所需频段范围内搜索最大值，将得到的光标值减去6为测试端口1有效源匹配；

● 端口1有效方向性：

20）在端口1连接负载，按【Math】>【内存】>【数据计算】>【关闭】；

21）在所需频段范围内搜索最大值为端口1有效方向性；

在端口2重复上述15-21步操作，可测的端口2反射跟踪、有效源匹配、有效方向性；

重复上述步骤测量端口3/4的指标。

三、实测结果：

图1. SP850P 矢量网络分析仪一端口方向性，全频段优于-60dB

图2. SP850P矢量网络分析仪有效负载匹配，全频段优于-35dB

图3. SP850P矢量网络分析仪二端口有效源匹配，全频段优于-32dB

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