桑雷 杨心怡
淮安市计量测试中心 江苏 淮安 223002
摘要：矢量网络分析仪测量存在的误差主要在于随机误差、漂移误差、系统误差等方面，根据漂移误差以及随机误差出现的原因，提出了控制误差的措施，然后在分析系统误差机理的前提下，提出如何校准测量，以此提升测量准确度，希望对相关研究带来帮助。
关键词：矢量网络分析仪；校准方法；误差
矢量网络分析仪可以对测量器件的相持特性、幅频特性进行分析，是射频工程中应用最广泛，也最为复杂的测量仪器，能够测量微波器件阻抗、差损反射系数、耦合度、方向性。矢量网络分析仪是一种微波测量和射频领域尖端的测量仪器，即使使用最为先进的矢量网络分析仪器，在实际测量中依然存在误差矢量网络分析仪，误差主要在于随机误差、漂移误差、系统误差。初学者使用网络分析仪测量过程中由于缺乏全面认识导致误差控制不佳，影响了测量质量。
一、测量误差
（一）漂移误差
漂移误差主要是测量校准之后，仪器或者测量系统性能出现变化。矢量网络分析仪漂移误差在于内部相互连接电缆热膨胀特性以及微波变频器变换稳定性所致，维持校准准确度时间与测量环境下的测量系统漂移率有关。一般情况下，分析仪充分预热以及提供热稳定的环境温度可以有效减少漂移误差，漂移误差能够通过重新校准，达到消除目标[1]。
（二）随机误差
随机误差不能通过误差修正进行消除，不过可以通过有关措施将校准精确度影响因素加以控制，矢量网络分析仪随机误差主要和仪器噪声误差，电缆与连接器重复误差，开关重复误差有关，具体说来：
1仪器噪声误差
噪声是矢量网络分析仪组件当中出现的电扰动，比如接收机宽带引入的低电平造成，再如内部本振源本噪声以及相位噪声导致的噪声数据抖动。噪声误差通常要采取多种措施加以控制，比如提升源端口信号功率、降低中频带宽或者多次测量扫描。
2开关重复性误差
在矢量网络分析仪当中，使用转换源衰减器设置机械射频开关。在机械射频开关动作之后，触点闭合和上次闭合存在差异，这种情况出现时就会造成开关重复性误差，进而对测量精确度造成影响。在关键性测量工作中，为了避免转换衰减器设置需要控制开关重复性误差造成的不利影响。
3电缆和连接器重复性误差
几乎全部的测量都要使用连接器和电缆，而连接器和电缆质量会对重复性产生影响，选取高质量的连接器和电缆可以减少误差，并且正确的操作以及维护也十分关键，需要连接器紧固时使用力矩扳手，保证连接器接口部位清洁，不存在灰尘，以此减少重复性误差[2]。
（三）系统误差
对于任何测量仪器来说，硬件不能完全处于理想状态，矢量网络分析仪同样如此。系统误差主要由于矢量网络分析仪实际硬件质量不佳导致，通常这种误差不会随着时间发生变化，具有不可预测性和重复性的特征系统误差，可以在测量过程中确定。并且在测量过程中利用误差修正算法加以处理，矢量网络分析仪包括8项误差模型以及12项误差模型，其中8项误差模型涵盖了八种系统误差，需要矢量网络分析仪测量过程中对4个接收机同时使用，而12项误差模型涵盖了12种系统误差，需要网络分析仪测量过程中同时对3个接收机，使用目前12项误差，模型应用更加广泛，多数矢量网络分析仪通过使用12项误差模型进行误差控制，首先网络分析仪在二端口测量时共有12项系统误差，其中前反向有6项误差，分别包括方向性误差、源匹配误差和反射跟踪误差、隔离误差、负载匹配误差和传输跟踪误差。
二、测量校准
测量校准就是在DUT测量之前对多个特征已知的校准件进行逐次测量，矢量网络分析仪使用期间。测量数据以及校准键的特征数据能够确定误差项，后续DUT测量过程中使用误差项以及误差类型方程可以修正原始测量值，得到相关参数。目前，系统误差是矢量网络分析仪误差影响的主要因素之一，测量校准需要用户每次进行DUT测量之前与技能技术机构进行仪器校准。
（一）校准件
校准件有两种不同的类型，一种是机械校准件，另一种是电子校准件。具体说来：
1机械校准件
机械校准件就是特性已知端口或者二端口器件不同的校准件，都有自身定义，涵盖阻抗电延迟以及损耗由于校准件的制造与实际理想状态存在一定差异，校准件的实际特性要以特征数据形式为主。目前校准件类型主要包括开路器、短路器、滑动负载、直通反射器、传输线。机械校准通常以校准套件形式出售，其中包括国家负载的SOLT校准套件，精密型TRL校准套件，根据不同的配置机械教程套件包括多个力矩扳手、校准件、探针侧身规。校准件的主要特征数据也在校准件之内[3]。
2电子校准件
电子校准件内部带有电子开关能够提供开路器、短路器相似的功能，确保处于直通状态电子校准件进行，以此连接即可自动的完成测量校准工作，避免多次手动更换校准件而出现错误，使得易用性得到显著提升，做到了精准识别电子校准件。和矢量网络已连接过程中，分析仪可以自动读取特征数据无需导入特征数据。理论上讲，TRL校准套件能够保证校准质量，支持位置直通校准的电子校准件。之后是包括滑动负载的SOLT校准套件，最后没包含固定套仔的SOLT校准套件。考虑射频电缆弯曲造成的影响，人工操作误差和机械校准件具有一致性，电子校准件在实际应用期间校准质量要优于机械校准件。
（二）校准质量检查
射频电缆质量校准件的污染和磨损以及操作人员都会导致校准质量受到影响，为此需要校准之后再次进行检查。
1Ecal置信度检查
这种方法主要用于检查机械校准件或者电子校准件测量校准情况，该置信度检查模块当中的阻抗状态可以比较测量数据以及存储在模块中的出厂数据，如果这两组数据存在较大误差，说明测试端口连接可能被污染或者松动，需要对连接器进行清洁处理，然后进行置信度检查[4]。
2测量校准套件
测量部分具有已知器件并非教软件的检查，矢量网络分析仪具有显著优势，校准套件具有严格要求，涵盖失配空气线、精密空气线、精密固定衰减器，其中精密空气线主要用于传输测量校准、质量检查，而是配空气线主要在反射测量，校准质量检查中，应用精密固定衰减器，主要检查传输测量校准质量，通过测量校验间幅度和相位响应特征，比较出厂数据能够对校准质量进行分析[5]。
结束语：
综上所述，矢量网络分析仪的随机误差、漂移误差和系统误差都将影响测量精确度，在实际测量过程中需要减少随机误差和漂移误差带来的影响系统误差在矢量网络分析仪中是不确定来源，需要合理选择校准件，然后通过质量检查加以确定，降低系统误差带来的影响。
参考文献：
[1]苏江涛，郭庭铭，刘军.一种用于大信号测试的矢量校准快速修正方法[J].半导体技术，2019，44(8):652-658.
[2]郭庭铭，苏江涛，刘军.宽带矢量网络测试的TRM校准方法不确定度分析[J].电子测量与仪器学报，2020，34(8):79-85.
[3]刘贵斌，邹先立，梁琪.矢量网络分析仪的测量误差分析与测量校准方法[J].计量与测试技术，2019，46(8):113-118.
[4]袁磊，庞苇，袁浩.基于矢量网络分析仪的虚拟大规模MIMO信道测量平台[J].实验室研究与探索，2021，40(3):116-120
[5]赖展军，卜斌龙，冯穗力. 矢量网络分析仪电子校准件设计与实现[J]. 微波学报，2019，35(6):66-71.