掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）的校準(zhǔn)是精準(zhǔn)測(cè)試的前提，尤其在大功率器件測(cè)量中更需謹(jǐn)慎操作。測(cè)量系統(tǒng)中加入預(yù)放大器或衰減器會(huì)帶來(lái)校準(zhǔn)挑戰(zhàn)：預(yù)放大器可能導(dǎo)致校準(zhǔn)件進(jìn)入壓縮區(qū)甚至損壞；增加衰減器雖提升功率耐受能力，卻會(huì)引入噪聲，影響校準(zhǔn)精度。
為避免損壞校準(zhǔn)件，可在校準(zhǔn)前移除預(yù)放大器或增大激勵(lì)源衰減。若預(yù)放大器和衰減器位于射頻源與參考耦合器之間，校準(zhǔn)后重新接入不會(huì)影響S參數(shù)和功率測(cè)量精度（得益于8項(xiàng)誤差模型），但會(huì)影響激勵(lì)源的功率精度。

若在被測(cè)器件（DUT）與VNA端口間加入阻抗調(diào)諧器，校準(zhǔn)前必須將其移除。其影響需通過(guò)外部軟件建模，并采用去嵌入法消除，再進(jìn)行負(fù)載牽引測(cè)量。
網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)包括三個(gè)部分: 矢量校準(zhǔn)，相位校準(zhǔn)和功率校準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)分析儀的自動(dòng)校準(zhǔn)引導(dǎo)程序會(huì)告訴用戶(hù)一步步地完成這些校準(zhǔn)。
矢量校準(zhǔn)
在進(jìn)行矢量校準(zhǔn)之前，用戶(hù)需要先設(shè)定校準(zhǔn)信號(hào)的功率。
在假設(shè)網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量裝置沒(méi)有做調(diào)整改動(dòng)的情況下，校準(zhǔn)信號(hào)功率的設(shè)定是 設(shè)定網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量端口上的信號(hào)的功率。任何接入到射頻信號(hào)路徑中的預(yù)放 大器和衰減器都會(huì)改變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量端口上的信號(hào)的功率，在計(jì)算真正的校準(zhǔn)功率的時(shí)候必須要考慮到這一點(diǎn)。
當(dāng)使用電子校準(zhǔn)件(ECal)的時(shí)候，請(qǐng)謹(jǐn)記，如果校準(zhǔn)信號(hào)的功率低于-18dBm 的話(huà)，電子校準(zhǔn)件不能進(jìn)行“自適應(yīng)調(diào)整”。
當(dāng)使用SOLT機(jī)械校準(zhǔn)件(N 型接頭、APC-7 型接頭、3.5 毫米接頭或2.4 毫米接頭) 進(jìn)行校準(zhǔn)的時(shí)候，由于負(fù)載校準(zhǔn)件所能承受的功率有限，最大校準(zhǔn)功率在+27 dBm 到+33 dBm 之間。為了避免負(fù)載校準(zhǔn)件中產(chǎn)生過(guò)多的熱量，最好把校準(zhǔn)信號(hào)的功率控制在+20 dBm 以下。
當(dāng)使用沒(méi)有負(fù)載校準(zhǔn)件的TRL機(jī)械校準(zhǔn)件進(jìn)行校準(zhǔn)的時(shí)候，校準(zhǔn)信號(hào)的最大 功率主要由導(dǎo)致校準(zhǔn)件損壞的信號(hào)的電壓和器件的發(fā)熱特性決定，因此不帶負(fù)載校準(zhǔn)件的TRL校準(zhǔn)件比起SOLT校準(zhǔn)件來(lái)可以用于更大功率的校準(zhǔn)信號(hào)。
相位校準(zhǔn)
NVNA測(cè)量需要在一個(gè)測(cè)量端口上使用相位參考校準(zhǔn)件進(jìn)行相位校準(zhǔn)。通常最好是在網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量端口1 上進(jìn)行相位校準(zhǔn)，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)分析儀 的測(cè)量端口1 的測(cè)量接收機(jī)通常比測(cè)量端口3 的測(cè)量接收機(jī)對(duì)信號(hào)的衰減量要小，比較小的測(cè)量接收機(jī)的衰減直接導(dǎo)致比較好的相位校準(zhǔn)結(jié)果。
作為一般的經(jīng)驗(yàn)，相位參考校準(zhǔn)件輸出信號(hào)的功率至少應(yīng)該比測(cè)量接收機(jī)的底噪聲高出20 dB。對(duì)于26.5 GHz 的相位參考校準(zhǔn)件U9391C 來(lái)說(shuō)，它的頻率間隔為 10 MHz 的每個(gè)信號(hào)的輸出功率為-80 dBm。當(dāng)中頻帶寬為 10 Hz，在0.1 GHz 到20 GHz 的測(cè)量頻率范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)分析儀 N5242A 直接把測(cè)量信號(hào)接入測(cè)量接收機(jī)的工作模式下的底噪聲的典型值為-128 dBm; 如果在1 GHz的頻點(diǎn)上，測(cè)量接受機(jī)耦合器的耦合系數(shù)為15 dB 的話(huà)，這意味著耦合器和接收機(jī)之間的衰減器在 10 Hz 的中頻帶寬和 1 GHz 的頻點(diǎn)上對(duì)信號(hào)的衰減量應(yīng)該小于 23 dB。我們有幾種方法來(lái)處理接收機(jī)衰減器對(duì)信號(hào)造成大的衰減的情況:
增加取平均操作/ 計(jì)算的次數(shù)，降低噪聲;
提高驅(qū)動(dòng)相位參考校準(zhǔn)件的信號(hào)的頻率來(lái)提高它的輸出功率。例如，如果把驅(qū)動(dòng)相位參考校準(zhǔn)件的信號(hào)的頻率從10 MHz 提高到100 MHz，那么會(huì)使它的輸出功率提高 20 dB，相位參考校準(zhǔn)件輸出信號(hào)的功率變化和驅(qū)動(dòng)它的信號(hào)的頻率變化的關(guān)系是20log (信號(hào)頻率2/ 信號(hào)頻率1)。在實(shí)際測(cè)量中經(jīng)常用到的一個(gè)非常好的做法是: 盡可能地使用一個(gè)高頻率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)相位參考校準(zhǔn)件，只要能同時(shí)保證它的頻譜成分落在所要測(cè)量的各個(gè)頻率上。
不對(duì)DUT的諧波分量進(jìn)行測(cè)量。如果我們不對(duì)DUT的諧波特性進(jìn)行表征的話(huà)， 那么我們就不需要用到相位參考校準(zhǔn)件的數(shù)據(jù)。請(qǐng)注意，即便是不對(duì)諧波分量進(jìn)行測(cè)量，我們?nèi)匀挥锌赡芴崛〕鲆恍┯杏玫腦 參數(shù)。例如，DUT 對(duì)供電電源的敏感性、壓縮特性、在基波頻率上DUT 的匹配特性等的測(cè)量結(jié)果仍然能夠形成對(duì)仿真很有用的器件的模型。
在完成NVNA 校準(zhǔn)的過(guò)程中拿掉測(cè)量端口1 的衰減器，在NVNA 校準(zhǔn)完成之后再把衰減器重新連接到測(cè)量的配置中，然后，對(duì)代表測(cè)量端口1 的測(cè)量裝置的變化的S2P 文件進(jìn)行去嵌入操作?？梢酝ㄟ^(guò)以下測(cè)量步驟得到這個(gè)S2P 文件:
不使用衰減器在網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量端口1 和測(cè)量端口3 之間做2 端口矢量校準(zhǔn);
把衰減器連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀 的測(cè)量端口 1 的測(cè)量接收機(jī)上;
在網(wǎng)絡(luò)分析儀 的測(cè)量端口 1 和測(cè)量端口 3 之間連接一個(gè)“零長(zhǎng)度”的直通件;
對(duì)這個(gè)直通件進(jìn)行測(cè)量，把得到的S2P 文件存儲(chǔ)起來(lái)。
幅度校準(zhǔn)
在進(jìn)行NVNA 測(cè)量的時(shí)候，會(huì)用功率計(jì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀 的一個(gè)測(cè)量端口進(jìn)行幅度校準(zhǔn)，這會(huì)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀 的測(cè)量接收機(jī)使之能夠進(jìn)行絕對(duì)功率的測(cè)量，并且會(huì)校準(zhǔn)任何由于對(duì)測(cè)量裝置進(jìn)行調(diào)整和改變而造成的誤差。需要注意的是，這種幅度的校準(zhǔn)并不能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)分析儀 激勵(lì)源輸出信號(hào)的功率進(jìn)行校準(zhǔn)。進(jìn)行一次幅度校準(zhǔn)之后，網(wǎng)絡(luò)分析儀再設(shè)定信號(hào)的功率時(shí)會(huì)假設(shè)測(cè)量裝置沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何調(diào)整和改動(dòng)。
通常情況下，因?yàn)闇y(cè)量端口1 的射頻通路上的信號(hào)的功率會(huì)最小，因此在端口 1 上做功率校準(zhǔn)經(jīng)常是最佳選擇。
S參數(shù)的校準(zhǔn)和功率校準(zhǔn)在定義它們的校準(zhǔn)功率時(shí)所使用的方法是非常不 同的。在進(jìn)行S 參數(shù)校準(zhǔn)時(shí)，功率的值是在校準(zhǔn)功率的操作界面上設(shè)定的，在S參數(shù)校準(zhǔn)中，網(wǎng)絡(luò)分析儀在設(shè)定信號(hào)的功率時(shí)是假設(shè)測(cè)量裝置沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何的調(diào)整和改動(dòng)的。相比之下，在做功率校準(zhǔn)的時(shí)候，信號(hào)的功率大小是在功率計(jì)設(shè)置的操作界面上進(jìn)行的。在這個(gè)操作界面上，如果把信號(hào)功率的偏置量設(shè)為0 dB 的話(huà)，那么校準(zhǔn)功率會(huì)與S 參數(shù)校準(zhǔn)中所選擇的功率的大小是一樣的， 如果在功率校準(zhǔn)的操作界面上輸入一個(gè)非零的偏置值就會(huì)改變校準(zhǔn)功率。在功率校準(zhǔn)的過(guò)程擋住，網(wǎng)絡(luò)分析儀會(huì)對(duì)其輸出信號(hào)的功率進(jìn)行調(diào)整直到功率計(jì)測(cè)量到所規(guī)定的信號(hào)功率為止。因此，即便是網(wǎng)絡(luò)分析儀 的測(cè)量裝置經(jīng)過(guò)了調(diào)整和改變， 仍然能夠在DUT 的測(cè)量端口上設(shè)定并測(cè)量所規(guī)定的信號(hào)的功率。
安全與操作建議
VNA部分端口最大直流輸入為0V，配置選件H85時(shí)更需注意，務(wù)必使用交流耦合。
施加射頻功率應(yīng)比損壞閾值低至少3dB，理想情況低6dB。
計(jì)算功率時(shí)考慮最壞情況，如兩個(gè)0dBm信號(hào)同頻疊加可能達(dá)+6dBm。
DUT和預(yù)放大器對(duì)源/負(fù)載匹配敏感，加電前須滿(mǎn)足匹配條件，防止振蕩，避免開(kāi)路。
注意加電順序：先確保匹配，再開(kāi)啟直流電源，最后施加射頻信號(hào)。
測(cè)量接近+40dBm時(shí)，若使用內(nèi)部耦合器，務(wù)必配置選件H85（移除直流偏置部件），因其損壞閾值僅+30dBm。
“預(yù)置”（Preset）會(huì)恢復(fù)默認(rèn)功率，可能損壞系統(tǒng)，建議設(shè)置低功率“用戶(hù)預(yù)置”狀態(tài)。
測(cè)量結(jié)束后及時(shí)關(guān)閉射頻輸出，防止DUT過(guò)熱。
綜上，正確校準(zhǔn)與規(guī)范操作是保障測(cè)量精度與設(shè)備安全的關(guān)鍵。合理配置系統(tǒng)、科學(xué)選擇校準(zhǔn)方式，并嚴(yán)格遵循安全規(guī)程，方能充分發(fā)揮VNA性能，實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠的大功率器件測(cè)試。

審核編輯 黃宇