RF设计与应用（1）射频组件电气特性量测及网络分析仪校正技术简介

作者：信息来源:www.pcbtech.net 2008-5-12

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一、前言本文主旨在说明射频通讯电子组件在电气特性量测时所需考虑的观点，藉此引出网络分析仪在高频量测的重要性。而以网络分析仪实行量测工作之前，尚须考虑量测环境与校正程序对于量测结果的影响。文中亦对一般常用之全双埠校正法做一定性上的说明，以此彰显校正技术与量测之密切关系。二、浅谈射频组件电气特性...

六、全双埠校正法

全双端口校正法由于在进行校正程序时需要分别量测短路，开路，负载以及穿透四种校正器，因此一般又可简称为SOLT(Short-Open-Load-Thru)校正法。此外，网络分析仪乃是将所有仪器之外的电路组件视为一个双端口网络，即使现今已有可支持多端口量测的网络分析仪，其基本的校正原理是一样的。SOLT 校正法的双端口网络数学误差模型中将所有能被考虑的误差定义成十二个误差系数，其中分别为：指向性误差(Directivity, Ed) ，信号源匹配误差(Source Match, Es)，反射路径误差(Reflection Tracking, Er)，负载匹配误差(Load Match, El)，传输匹配误差(Transmission Match, Et)以及隔离误差(Isolation, Ei)。而六种误差项中，每个又分别有顺向(Forward) 与反向(Reverse)两种，因此共有十二个误差系数。此SOLT 校正法的顺向及反向误差模型分别如（图五）及（图六）所示。

图五、SOLT 校正法之顺向误差模型

图六、SOLT 校正法之反向误差模型

此误差模型可以由梅森法则(Mason's Rule)来建立这十二个误差参数所形成之联立方程式。要求解这些
参数则需要十二个已知条件，此时即需要藉由量测标准待测电路来得到这些信息。而标准待测电路即为前述的校正治具。（图七）为本单位以微探针(Micro-probe) 为量测接头，在标准微带线电路基板上实行SOLT 校正时对四种治具的量测情形。

七、验证校正结果

SOLT 虽然只用四个标准校正治具，却可以提供12 个信息。事实上，就理想的双端口网络而言，双端口开网络，短路网络，负载或穿透的特性为：

其中开路网络与短路网络只提供了四个条件，因此这四个参考电路总共提供了12 项信息。换言之，只要这四组校正治具能有上述理想特性时，则几乎可达到零误差的校正。然而实际上的校正治具是无法这样完美的，也就是说，实际的校正治具本身就带有些许误差；如此一来，所求得的校正参数便不能精确且完整地表现所有的误差。然而这样的误差只要小到可以容忍的范围内，便算是成功的校正。但何谓可容忍的范围？这就讨论到验证校正的可信度了。就一般常见的实验室校正而言，当校正完后，再重新分别接上这四组标准电路进行量测，以确认校正的可信度。若校正结果是可信的，则：
(1)、当接上开路基准时，则可在S11 或S22 的史密斯图右端看到接近一个小点或一段很短的线段。
(2)、当接上短路基准时，则可在S11 或S22 的史密斯图左端看到接近一个小点或一段很短的线段。
(3)、当接上负载基准时，则可在S11 或S22 的史密斯图中心看到接近一个小点或一段很短的线段。
(4)、当接上穿透基准时，则可在S11 或S22 的史密斯图中心看到接近一个小点或一段很短的线段；并且可在S21 或S12的史密斯图右端看到接近一个小点或一段很短的线段。

若四个校正治具能分别有上述的特性，表示校正的工作也告一段落，便可以安心地进行后续的量测工作了。然而事实上，随着时间的进行，量测环境会慢慢的改变。如空气中的温湿度，压力，或其他噪声，振动干扰，以及接头或探针因重复使用而磨损……等等。这些因素都会慢慢的使校正参数失效，因此最好的量测是在量测完一个阶段或一定时间之后，再将标准校正治具拿来做一次验证；如果特性已经超过可忍受的范围，则需重新校正，以确保量测的可信度。

八、结语

在量测高频组件的电气特性时，网络分析仪几乎是不可或缺的仪器。而当以网络分析仪为量测仪器时，用户必须特别注意量测环境的校正工作。此种校正与仪器本身的校正并不相同；而是指对实际待测物之外，不必要的连接装置或组件所产生之效应与以扣除的动作。因此，能否准确的扣除这些不必要的特性以精准量测实际待测物行为，乃是校正的出发点与最终目的。由于射频组件种类繁多，应用范围与领域也愈来愈广；各种型式之量测平台也随之愈形复杂，因而针对不同的环境也有不同的校正理论与方法，对其他校正方法有兴趣的读者可以参考参考文献中的相关讯息。

参考文献
1. 陈棓煌，向量网络方析仪量测校正方法之研究与实践，硕士论文。
2. Cascade Microtech ®，Microwave Wafer Probe Calibration Constants Instruction Manual.
3. Okamura, W.M. etc., A comprehensive millimeter-wave calibration development and verification approach, Microwave Symposium Digest. 2000 IEEE MTT-S International , V. 3, 2000, P.1477 -1480 vol.3.
4. Szendrenyi, B.B., Design of components for a 7-16 precision calibration kit using the high frequency structure simulator, ARFTG Conference Digest, 1998. Computer-Aided
Design and Test for High-Speed Electronics. 52nd , 1998, P.101 –105 Yon-Lin Kok, etc., A calibration procedure for W-band onwafer testing , Microwave Symposium Digest, 1997., IEEE MTT-S International ,V.3 , 1997, P.1663 -1666 vol.3.

(a). 负载基准 (b). 短路基准