阅读说明：本技术 一种基于十项误差模型的矢量网络分析仪的自校准方法 (Self-calibration method of vector network analyzer based on ten-term error model ) 是由 丁旭 *** 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于十项误差模型的矢量网络分析仪的自校准方法,具体包括如下步骤：101)初始化步骤、102)校准标准件参数设置步骤、103)校准标准件参数采集步骤、104)修正步骤、105)变换处理步骤、106)计算得出相应参数步骤、107)测试步骤；本发明提供一种基于十项误差模型的矢量网络分析仪的自校准方法,其只需要校准标准件Thru的延时τ与插入损耗IL及负载标准件Match(Load)的直流电阻RM,其它校准标准件参数在校准过程中自动计算出来。(The invention discloses a self-calibration method of a vector network analyzer based on a ten-term error model, which specifically comprises the following steps: 101) initializing, 102) calibrating standard component parameter setting, 103) calibrating standard component parameter acquisition, 104) correcting, 105) converting, 106) calculating to obtain corresponding parameters, and 107) testing; the invention provides a self-calibration method of a vector network analyzer based on a ten-term error model, which only needs to calibrate the delay tau of a standard element Thru, the insertion loss IL and the direct current resistance RM of a load standard element match (load), and other calibration standard element parameters are automatically calculated in the calibration process.)

一种基于十项误差模型的矢量网络分析仪的自校准方法

技术领域

本发明涉及射频微系统领域，更具体的说，它涉及一种基于十项误差模型的矢量网络分析仪的自校准方法。

背景技术

S参数(散射参数)是射频微波领域最常见、最重要的测试参数，需使用矢量网络分析仪器进行测量，不同于其他仪器，矢量网络分析仪器在测试前需要经过校准修正系统误差，校准方法的优劣决定校准结果精确性最终直接影响测试结果的好坏。校准类型依测试端口类型一般分为同轴、在片、波导三种形式；校准过程是一个后处理的数学运算过程，通过连接测试校准标准件获得必要的前置数据通过相应的校准方法得到误差矩阵，在真正测试过程中，通过数学运算以误差矩阵修正原始测试数据最终得到被测器件的真实数据。

常见的校准方法有：基于三接收机架构矢量网络分析仪12项误差模型的SOLT(Short-Open-Load-Thru)或称TOSM(Thru-Open-Short-Match)方法和基于四接收机架构矢量网络分析仪8项误差模型的TRL(Thru-Reflect-Line)方法等。

而最常见的SOLT(TOSM)方法虽然操作简单，对校准标准件精度依赖度很高，校准标准件参数必须完全精确定义，校准标准件精度一般给出的是三阶模型参数，但模型参数随着频率升高而逐渐失准，高频测试精度差，且每次连接的磨损对模型参数都会带来一定偏差，该方法不适用于高频高精度测试；其他常见的TRL(Thru-Reflect-Line)方法虽然对校准标准件精度依赖度小、精度高但受限于测试频率范围，频率范围要求起止频率之比小于1：8，在频率很低时(一般≤1GH)，传输线Line尺寸过长，难于制造和使用，同时该方法对人员操作要求很高，极易造成损坏使用范围受限。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于10项误差模型的矢量网络分析仪eLRRM+(eLMRR+/eTMRR+/eTRRM+)(ehenced-Line/Thru-Reflect-Open-Reflect-Short-Match-Plus)自校准方法,该方法既结合了SOLT的操作便捷，同时又与TRL方法相似对校准件参数依赖度低，同时不受测试频率带宽的限制；兼容常见8项误差模型并在其基础上，增加考虑隔离项对测试结果的影响，将其改为10项误差模型，进一步提高校准结果的精度。该方法只需要校准标准件Thru的延时τ与***损耗IL及负载标准件Match(Load)的直流电阻RM，其它校准标准件的参数将在校准过程中采用常规处理方式自动计算出来即可。

本发明的技术方案如下：

一种基于十项误差模型的矢量网络分析仪的自校准方法，具体包括如下步骤：

101)初始化步骤：设置矢量网络分析仪的初始状态，包含起止频点、频率步进、输出功率、中频带宽、平均次数；

102)校准标准件参数设置步骤：设置校准标准件的必要前置参数，包括：直通的延时与***损耗、匹配负载的直流电阻，以直通的延时与***损耗，计算得出校准平面修正矩阵；

103)校准标准件参数采集步骤：矢量网络分析仪两待校准端口依次连接单端口校准标准件：反射开路、反射短路、匹配负载，双端口校准标准件，直通进行参数采集，得到Gamma_Measure_Open_Port、Gamma_Measure_Short_Port、Gamma_Measure_Load_Port、ISO_F、ISO_R、SMeasure_Thru、Gamma_F、Gamma_R；

104)修正步骤：以ISO_F、ISO_R修正Gamma_F、Gamma_R、SMeasure_Thru，得到Г_Fic、Г_Ric、SMeasure_Thru_ic；以ISO_F、ISO_R、Г_Fic、Г_Ric修正SMeasure_Thru_ic得到SMeasure_Thru_sc；

105)变换处理步骤：利用SMeasure_Thru_sc测得的散射参数与散射传输参数关系进行矩阵变换的方式处理步骤103)、104)的相应数据，以Gamma_Measure_Open_Port、Gamma_Measure_Load_Port、SMeasure_Thru_sc及假设Gamma_Load＝0，通过LRM+(TRM+)(Line/Thru-Reflect-Match)算法和自动寻根算法计算得出Gamma_Open，以Gamma_Open，直流电阻计算得出负载标准件电感值，以直流电阻和负载标准件电感值重新计算得到Gamma_Load；

以Gamma_Measure_Short_Port、Gamma_Measure_Load_Port、SMeasure_Thrusc、Gamma_Load通过LRM+算法及自动寻根算法计算得出Gamma_Short；

106)计算得出相应参数步骤：以步骤103)、104)、105)数据计算得出前向方向性项、反向方向性项、前向源匹配、反向源匹配、前向反射跟踪项、反向反射跟踪项、传输误差项；

107)测试步骤：测试被测器件，以ISO_F、ISO_R、Г_Fic、Г_Ric修正原始测试值SDUT得到SDUT_SC，将其转换为散射传输参数形式TDUT_SC，以步骤106)得到的前向方向性项、反向方向性项、前向源匹配、反向源匹配、前向反射跟踪项、反向反射跟踪项、传输误差项构建误差修正矩阵，修正TDUT_SC得到TDUT_C，以步骤101)校准平面修正矩阵再次修正TDUT_C得到被测器件的真实值TDUT_ACT，将TDUT_ACT从散射传输参数形式转换为散射参数形式SDUT_ACT；

将SDUT_ACT以.s2p格式输出并保存测试结果，并以图形化界面显示被测器件的真实值。

进一步的，步骤103)具体采集的参数：

301)Gamma_Measure_Open_Port即ГMOX：矢量网络分析仪两个待校准端口连接反射开路Open时，所测得各自的反射系数；

302)Gamma_Measure_Short_Port即ГMSX：矢量网络分析仪两个待校准端口连接反射短路Short时，所测得各自的反射系数；

303)Gamma_Measure_Load_Port即ГMLX：矢量网络分析仪两个待校准端口连接匹配负载Match(Load)时，所测得各自的反射系数；

304)ISO_F：矢量网络分析仪两个待校准端口连接匹配负载Match(Load)时，所测得的前向传输系数；

305)ISO_R：矢量网络分析仪两个待校准端口连接匹配负载Match(Load)时，所测得的反向传输系数；

306)SMeasure_Thru：矢量网络分析仪两个待校准端口连接直通标准件Thru时，所测得的散射参数；

307)Gamma_F即ГF：矢量网络分析仪两个待校准端口连接直通标准件Thru时，所测得的前向开关项；

308)Gamma_R即ГR：矢量网络分析仪两个待校准端口连接直通标准件Thru时，所测得的反向开关项。

本发明相比现有技术优点在于：本发明既结合了SOLT的操作便捷，同时又与TRL方法相似对校准件参数依赖度低，同时不受测试频率带宽的限制；兼容常见8项误差模型并在其基础上，增加考虑隔离项对测试结果的影响，将其改为10项误差模型，进一步提高校准结果的精度。该方法只需要校准标准件Thru的延时τ与***损耗IL及负载标准件Match(Load)的直流电阻RM，其它校准标的准件参数将在校准过程中自动计算出来。

本发明兼容8项误差模型并在其基础上，考虑隔离项对矢量网络分析仪高频S参数校准的影响，增加隔离修正项将8项误差模型改进为10项误差模型。考虑隔离项后对高频率测试(≥60GHz)，可以很好地修正端口间信号耦合泄露的对测试结果的影响。

改进的10项误差模型校准操作步骤与常见的基于12项误差模型的SOLT校准方法完全一致，但方法本身是一种“自校准”方法，即对校准标准件参数依赖度很低，校准标准件的相关参数由校准过程本身自动计算出来，大大提高了校准的准确性与适用范围。本发明方法只需要3个前置参数：负载标准件Match(Load)的直流电阻R_M、直通(Thru/Line)的延时τ与***损耗IL，大大降低了校准标准件的制造难度。

本发明是一个宽带的校准方法，校准过程不受频率范围限制，不同频率不用更换不同的校准标准件，而不是像TRL方法一样需要多段传输线应对不同频率。尤其是对在片校准应用可以明显节省面积显著降低成本。

附图说明

图1为本发明的10项误差模型信号流图；

图2为本发明的校准方法主流程图。

具体实施方式

下面结合附

图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1和图2所示，一种基于十项误差模型的矢量网络分析仪的自校准方法，具体包括如下步骤：

101)初始化步骤：设置矢量网络分析仪的初始状态，包含起止频点、频率步进、输出功率、中频带宽、平均次数；

102)校准标准件参数设置步骤：设置校准标准件的必要前置参数，包括：直通的延时与***损耗、负载标准件的直流电阻，以直通的延时与***损耗，计算得出校准平面修正矩阵；

103)校准标准件参数采集步骤：矢量网络分析仪两待校准端口，依次连接单端口校准标准件：反射开路、反射短路、匹配负载，双端口校准标准件直通的参数采集，得到Gamma_Measure_Open_Port、Gamma_Measure_Short_Port、Gamma_Measure_Load_Port、ISO_F、ISO_R、SMeasure_Thru、Gamma_F、Gamma_R；

具体采集的参数：

301)Gamma_Measure_Open_Port即ГMOX：矢量网络分析仪两个待校准端口连接Open时，所测得各自的反射系数；

302)Gamma_Measure_Short_Port即ГMSX：矢量网络分析仪两个待校准端口连接Short时，所测得各自的反射系数；

303)Gamma_Measure_Load_Port即ГMLX：矢量网络分析仪两个待校准端口连接Match时，所测得各自的反射系数；

304)ISO_F：矢量网络分析仪两个待校准端口连接Match时，所测得的前向传输系数；

305)ISO_R：矢量网络分析仪两个待校准端口连接Match时，所测得的反向传输系数；

306)SMeasure_Thru：矢量网络分析仪两个待校准端口连接Thru时，所测得的散射参数；

307)Gamma_F即ГF：矢量网络分析仪两个待校准端口连接Thru时，所测得的前向开关项；

308)Gamma_R即ГR：矢量网络分析仪两个待校准端口连接Thru时，所测得的反向开关项。

104)修正步骤：以ISO_F、ISO_R修正Gamma_F、Gamma_R、SMeasure_Thru，得到Г_Fic、Г_Ric、SMeasure_Thru_ic；以ISO_F、ISO_R、Г_Fic、Г_Ric修正SMeasure_Thru_ic得到SMeasure_Thru_sc。

105)变换处理步骤：利用SMeasure_Thru_sc测得的散射参数与散射传输参数关系进行矩阵变换的方式处理步骤103)、104)的相应数据，以Gamma_Measure_Open_Port、Gamma_Measure_Load_Port、SMeasure_Thrusc及假设Gamma_Load＝0，通过LRM+(TRM+)(Line/Thru-Reflect-Match)算法和自动寻根算法计算得出Gamma_Open，以Gamma_Open，直流电阻计算得出负标准件电感值，以直流电阻和负标准件电感值重新计算得到Gamma_Load。其中，自动寻根算法的核心过程是：由反射标准件Open和Short确定频率为0Hz时的理论相位，PhaseOpen|0Hz＝0°，PhaseShort|0Hz＝180°,通过相位无折叠、去翻转、0Hz延拓得到两组Phase|0Hz，根据实际反射标准件类型寻得初始相位真根，之后根据相邻频点无折叠相位差小于180°通过迭代过程的判断到所有真实根。

以Gamma_Measure_Short_Port、Gamma_Measure_Load_Port、SMeasure_Thru_sc、Gamma_Load再次通过LRM+算法(全称为矢量网络分析仪校准算法Line-Reflect-Match-Plus)及自动寻根算法计算得出Gamma_Short。

106)计算得出相应参数步骤：以步骤103)、104)、105)数据计算得出前向方向性项、反向方向性项、前向源匹配、反向源匹配、前向反射跟踪项、反向反射跟踪项、传输误差项；

107)测试步骤：测试被测器件，以ISO_F、ISO_R、Г_Fic、Г_Ric修正原始测试值SDUT(被测件(Device Under Test)未修正的S参数)得到SDUT_SC，将其转换为散射传输参数形式TDUT_SC，以步骤106)得到的前向方向性项、反向方向性项、前向源匹配、反向源匹配、前向反射跟踪项、反向反射跟踪项、传输误差项构建误差修正矩阵，修正TDUT_SC得到TDUT_C，以步骤101)校准平面修正矩阵再次修正TDUT_C得到被测器件的真实值TDUT_ACT，将TDUT_ACT从散射传输参数形式转换为散射参数形式SDUT_ACT；

将SDUT_ACT以.s2p格式输出并保存测试结果，并以图形化界面显示被测器件的真实值。上述中未具体公开的算法推演过程采用常规处理方法即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。