微波网络分析仪的校准是确保测量准确性和可靠性的关键步骤。其校准过程通过使用已知特性的标准件，对网络分析仪的系统误差进行修正，从而提高测量精度。以下是详细的校准过程：
一、校准的基本原理
网络分析仪的测量误差主要来源于以下三个方面：
- 方向性误差：由于定向耦合器的不完善，导致反射信号泄漏到入射信号通道。
- 源匹配误差：信号源的输出阻抗与标准阻抗（通常为50Ω）不匹配，引起反射。
- 频率响应误差：传输路径中的频率相关损耗和相位延迟。
校准的目的就是通过测量已知标准件，计算出这些误差项，并在后续测量中进行修正。
二、校准的类型
根据应用需求，可以选择不同的校准类型：
- 单端口校准
- 适用场景：仅测量反射参数（如S11）。
- 所需标准件：开路、短路、负载（匹配）标准件。
- 双端口校准
- 适用场景：测量完整的S参数（S11、S21、S12、S22）。
- 所需标准件：
- 直通（Thru）
- 开路（Open）
- 短路（Short）
- 负载（Load）
- （有时还包括反射移相器）
- 增强型校准
- TRL校准：使用传输线（Transmission Line）、反射（Reflection）和直通（Load）标准件，适用于非同轴环境。
- LRM校准：使用负载（Load）、反射（Reflection）和匹配（Match）标准件，适用于高精度测量。
三、校准的具体步骤
以下以双端口SOLT（Short-Open-Load-Thru）校准为例，说明校准过程：
1. 准备工作
- 连接标准件：将校准套件中的标准件连接到网络分析仪的测试端口。
- 设置频率范围：根据被测设备（DUT）的工作频率，设置网络分析仪的测量频率范围。
- 选择校准类型：在网络分析仪的控制软件中选择“双端口SOLT校准”。
2. 执行校准
- 测量直通（Thru）：
- 将两个测试端口直接连接。
- 网络分析仪测量通过直通件的信号，确定传输路径的相位和损耗特性。
- 测量开路（Open）：
- 在一个端口连接开路标准件，另一个端口保持开路或连接匹配负载。
- 测量反射信号，确定方向性误差。
- 测量短路（Short）：
- 在一个端口连接短路标准件，另一个端口保持开路或连接匹配负载。
- 测量反射信号，确定源匹配误差。
- 测量负载（Load）：
- 在一个端口连接匹配负载标准件，另一个端口保持开路或连接匹配负载。
- 测量反射信号，确定负载匹配误差。
3. 计算误差项
- 网络分析仪的软件根据测量的标准件数据，计算出方向性误差、源匹配误差和频率响应误差。
- 这些误差项用于构建误差模型，以便在后续测量中进行修正。
4. 验证校准
- 重复性检查：重复测量标准件，确保测量结果的一致性。
- 使用验证标准件：使用已知特性的验证标准件，检查校准后的测量精度。
- 调整参数：如果验证结果不满足要求，可能需要重新校准或调整校准参数。
四、校准过程中的注意事项
- 标准件的精度：
- 使用高精度的校准标准件，确保校准的准确性。
- 定期检查标准件的特性，避免因标准件老化或损坏导致的误差。
- 连接器的清洁：
- 确保连接器清洁、无氧化，避免接触不良导致的测量误差。
- 使用扭矩扳手正确拧紧连接器，避免过紧或过松。
- 环境因素：
- 在稳定的温度和湿度环境下进行校准，避免环境变化对测量结果的影响。
- 避免在强电磁干扰的环境中进行校准。
- 校准周期：
- 根据使用频率和环境条件，定期进行校准。
- 在更换连接器、电缆或标准件后，必须重新校准。
五、校准后的操作
- 保存校准数据：将校准数据保存到网络分析仪的内存或外部存储设备中，以便后续调用。
- 应用校准：在进行实际测量时，选择相应的校准数据集，确保测量结果经过误差修正。
- 记录校准信息：记录校准的日期、时间、标准件信息和操作人员，便于追溯和管理。
六、校准示例：使用矢量网络分析仪进行SOLT校准
步骤1：连接标准件
- 将开路、短路、负载和直通标准件连接到网络分析仪的端口1和端口2。
步骤2：启动校准程序
- 在网络分析仪的控制软件中，选择“校准”→“双端口”→“SOLT校准”。
步骤3：依次测量标准件
- 按照软件提示，依次测量直通、开路、短路和负载标准件。
步骤4：完成校准
- 软件自动计算误差项，并显示校准结果。
- 如果校准成功，软件会提示“校准完成”。
步骤5：验证校准
- 使用验证标准件（如3.5mm负载）进行测量，检查S11参数是否接近理论值（通常为-∞ dB）。
七、常见问题及解决方案
- 问题：校准失败
- 原因：标准件连接不良、标准件损坏、环境干扰。
- 解决方案：检查连接、更换标准件、改善环境。
- 问题：测量结果偏差大
- 原因：校准数据未正确应用、标准件精度不足。
- 解决方案：重新选择校准数据集、使用更高精度的标准件。
- 问题：校准后验证不通过
- 原因：校准过程中出现错误、标准件老化。
- 解决方案：重新校准、检查标准件特性。
八、总结
微波网络分析仪的校准是确保测量准确性的基础。通过正确选择校准类型、使用高精度标准件、遵循标准操作流程，可以有效减小测量误差，获得可靠的测量结果。
- 校准前：检查标准件和连接器状态，确保环境稳定。
- 校准中：严格按照校准步骤操作，确保每个标准件测量准确。
- 校准后：验证校准结果，保存校准数据，定期进行校准维护。
提示：建议定期参加网络分析仪的培训课程，了解最新的校准技术和方法，提升测量技能。
