消除测试设备对射频器件测量影响

提高精度已成为最早期矢量网络分析仪(VNA)测量的目标。通过校准和矢量误差校正技术，可以将VNA精度从仪器端口扩展到测试电缆的端点。当待测器件(DUT)直接连接到测试端口电缆时，校准面和测量面是同一平面。在这种情况下，校准和误差校正是直截了当的过程，其涉及机械或电子同轴校准标准。然而，对引脚贴装或表面贴装封装的DUT而言，必须使用测试设备，而目前同轴校准平面和测量平面是分开的，并需要额外的误差校正技术来达到高测量精度。这些方法经常采用装置的建模响应，来有效地将校正平面移至DUT的端口。部分工程师则选择采取最小影响的测试设备，并仅仅测量DUT和设备的总响应。本文讨论了两种基于模型的校正，其增加了测量精度，并不再需要忽略由测试设备引入的测量误差。

　　直接测量涉及到测量的物理校准标准以及计算误差项。这种方法提供了高精度，这主要是基于校准标准精确特性的程度是已知的。多年来已有很多有关各种直接测量校准技术的文章。所有详细内容可以在安捷伦应用笔记1287-3和1287-11中阅读到。1-3基于模型的校准采用了从网络响应建模中推导出的数学校正。该建模响应可能来自仿真结果或理论性行为，但往往是从实际测量得出的。通常，测量和建模的结合有助于实现最高质量的结果。

　　如图1所示的端口扩展是最简单的建模技术。它依赖于简单的测试设备延迟(并且，在某些情况下，有衰减的)模型。去嵌入采用设备的完整S参数模型。这两种技术不再需要建立精确的设备内部校准标准，这是难以实现地(特别是对负载标准)，并花费了很多时间和精力。

　　测试设备的差别很大，这取决于应用和成本。同时，在制造业中所使用的测试设备是严格的，并且往往价格昂贵，特别是印制电路板(PCB)设备在研究和开发(RD)实验室中是共同的。其相对便宜并易于制作，尽管对频率超过3GHz的信号损失不能被忽略。目前无线应用中的许多器件必须在高达13GHz的频率进行测试。因此，减少或消除装置的损耗和延误是必要的，这使得DUT的真实特性得以获得分析。

　　所以，当在装置中测量器件时，将PCB板上的轨迹认为是网络分析仪和DUT之间同轴测试电缆的扩展。通过实现每部分设备上的端口扩展，将测量平面扩展到超出同轴校准平面的右侧，达到DUT的端口。当设备连接器和DUT之间的损耗和电长度已知时，可以通过在售的大部分VNA人工将其减去。

　　许多测试设备采用了具有SMA连接器的PCB测试设备(图2)。测试设备/VNA的组合可以在SMA连接器平面进行校准。但是，当测试设备用于测量电路板贴装器件时，PCB测试设备的电气特性可能改变DUT的测量幅度和相位。端口扩展用于增加线性相位(连续延迟)，以及转移参考平面到DUT平面的同轴误差校正阵列的损耗与频率项。

　　当测试设备的延迟和损耗未知时，必须在采用端口扩展之前对其进行测量。安捷伦科技已开发出自动化方法，并将其集成到PNA系列VNA中。安捷伦的自动端口扩展(APE)使用简单的开路或短路测量提供了简便的方法来计算测试设备的损失和延迟。采用最适合的直线模型来计算电延迟。采用两种方法之一来计算损耗项，这依靠用于传输线的媒介。损耗模型被假设是同轴或介质。同轴和介电模型都提供了可变的损耗与频率的关系，其不是简单的直线。当在PCB上建立测试设备时，要采用介电模型。

APE算法测量开路或短路，并计算测试设备所测试部分的插入损耗和电延迟。这一步对测试设备的每个部分重复进行。这一步之后，只有测试 设备失配仍然是误差来源。失配误差的主要来源是从同轴线缆到微带线的过渡，这发生在每个测试设备端口的连接器处。该失配不能通过同轴校准来去除，这是因为其出现在同轴校准平面之后。

　　可以通过在过渡处采用良好质量的边缘突出的连接器减小反射来提高测量精度，并在测试设备中具有良好的50欧姆传输线。港口扩展技术提供了良好的效果，并具有中等水平的精度。尽管并不和使用高质量设备内部校准标准一样精确，它仍是迄今为止较为容易在设备内部测试器件的方法，并为多种应用提供了足够的精度。

APE技术采用了曲线拟合过程来计算低阶损耗和相位响应。同时，该算法容许失配纹波，其不会去除纹波本身。大多数情况下，只需一个高反射标准来精确计算损耗和延误响应。只用一个高反射标准来要求测量的频率范围足够宽，以便反射测量中的纹波通过至少有一个完整周期。在这种情况下，可以使用最方便的标准，这往往是开路的。采用两个标准对宽带测量而言差别不大，这是由于当使用开路或短路时，纹波中出现的标准或经过计算的损耗是一样的。使用两个标准来提高窄带测量的精度