矢网校准到底在较什么呢？

矢网，全称为矢量网络分析仪，主要用来测试S参数。在使用之前，我们都会有一个校准步骤，但是我们到底在较什么呢？

矢网是怎样的？

在了解矢网内部框图的时候，我们需要先了解S参数的定义。因为矢网的主要功能，就是测试各种部件的S参数。

由此可见，假设要测试一个两端口的器件，简单来说，需要以下几个步骤：

(1) 先给DUT的端口1发射一信号，然后测试出其返回来的功率，即可计算出S11

(2) 测试步骤(1)中，从端口2出来的信号功率，即可计算出S22

(3) 再给DUT的端口2发射一信号，然后测试出其返回来的功率，即可计算出S22

(4) 测试步骤(2)中，从端口1出来的信号功率，即可计算出S11.

上图是矢网的框图，可以看到矢网的设计理念，主要来源于S参数的定义。

源通过开关，分别作为端口1或者端口2的输入。通过定向耦合器分离出入射信号和反射信号，即分别测试出bn和an。

那为什么要校准呢？

上面的矢网框图是理想框图。定向耦合器的定向性是无穷大、反射信号和入射信号是完全被区分开的，矢网内部各种器件都是理想匹配的，连接电缆之间是没有插损的。

但是理想和现实的差距是有差距的。

所有的模拟器件都有非理想特性，比如器件之间的失配，电缆的插损，定向耦合器的不理想定向性等。这些都是实实在在存在的误差，这些误差造成了DUT实际S参数和矢网测试出来的S参数的差别。所以，校准的目的，就是将这些误差减小到最小。

校准都在干什么?

假设我们要对一两端口器件进行测试，根据矢网内部的误差来源，可得到矢网的误差模型，如下图所示。

这里，对所有的信号通路上的误差都做了映射，包括主信号通路、线路损耗、失配误差、泄露误差等。

这像蜘蛛网一样的信号流图，是否看的头都晕了，没关系，已经有人帮我们把模型进行了简化，如下图所示。这个就比较适合数学不太好的人看了，比如我。

同样，反方向也有6个误差参数。

正反方向加起来，即为12个误差参数，称之为12-term error mode。其中leakage error是指混频器的本振通路之间的泄露，不是指射频切换开关，这个12误差模型是假设开关的隔离度是理想的。

上面的公式中，S11、S22、S21、S12是我们需要测试的DUT的S参数，S11M、S22M、S21M、S12M是矢网内部测试到的S参数。

这两组S参数通过信号流图巧妙地联系起来了，形成了4个公式，其中包括待解误差。我们只需要把这些误差参数计算出来，则可以通过矢网测到的S参数推算出DUT实际的S参数。

讲讲经常用的TOSL校准方法

说说我经常采用的两端口校准，即使用开路、短路、匹配负载、直通四个校准件，采用的即是这种12-term校准模式。

下面将我们的校准步骤与上面的公式一一对应起来。

简单起见，这里假设这些校准件都是理想校准件。即open校准件的反射系数为1,；short校准件的反射系数为-1；match校准件的反射系数为0；直通校准件的S11=S22=0，S21=S12=0。

当然实际过程中，不可能理想；但是虽然不理想，但这些值都是已知的，所以也可以据此进行推算。

一般我们校准的时候，会这样：

(1) 对port1分别连接open，short和匹配负载。

这是在这可以干什么呢？

其实通过这三步操作，可以计算出e11，e00和e10e01。代入公式，即可算出上述误差值。具体可以参见单端口网分什么原理？。

(2) 对port2分别连接open,short和匹配负载。基本同步骤(1)。

(3) 对port1和port2两边分别接上匹配负载，进行隔离度校准。

这又在干什么呢？

这可以之间计算出e30以及e’03。不过，从我参加工作以来，校准的时候，都没有用过这个步骤，也就是没有校正过隔离度。其实，从原理上看，是应该较的。

(4) 在两端口接上直通，这又是在计算什么呢？

假设直通是完全匹配的，则可得到S11=S22=0，S21=S12=0，代入上述的公式，即可计算出：

同样，也可以计算出反方向对应的误差参数。

至此，可以得到上述4个公式中的12个误差参数的值。

所以通过校准步骤，我们可以较掉矢网上的大部分误差，进而获得DUT的实际S参数。

当然，也不是说，一校准，矢网就完全理想了。总有一些误差，是校准步骤较不掉的，比如说噪声、接收机的非线性特性等等。

参考文献：Doug Rytting,Network Analyzer Error Models and Calibration Methods

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