校准标准件校准过程需要使用特殊的单端口和-硬件和射频工程师.PDFVIP

校准标准件 3.3 校准标准件 校准过程需要使用特殊的单端口和二端口器件；由于固有的制造限 制，其特性与理想标准件 (理想开路端 Γ = 1 ，理想短路端 Γ = –1 等) 有所差异，校准标准件的实际特性集中以特征数据的形式给 出。测量特征数据的过程称为 特征校准 (characterization) 。特征校 准过程须基于普遍接受的原则进行，由此得到的特征数据才可以与 国家计量研究院1) 的原级标准件进行比对，例如德国标准计量机 构 PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt ，德国联邦物理技术研 究院) ，英国国家物理实验室 NPL (National Physical Laboratory) 以及 美国标准技术研究院 NIST (National Institute of Standards and Tech- nology) 等。定期由国家标准机构认可的测量实验室进行特征校准的 审核非常重要。特征数据通常以数字格式 (例如软盘、优盘或磁 带) 和测量报告的形式包含在 校准工具箱 (calibration kit) 内。 用于描述标准件的最好方法是使用特殊的 系数 (coefficients) ，下面 几节将对其详细讨论。这种描述方法的最大优点在于简洁；即使 在很宽的频率范围内，例如从直流到 40 GHz ，也仅需要最多 7 个 系数来描述每个标准件。另外，复 S 参数也普遍用于描述标准件。 它可以保存为 Touchstone® 格式的文件，其优点是不需要系数的提 取，从而避免了提取过程中的精度损失。S 参数的描述包含有大量 的数据，因此需要以某种数字存储媒介的形式提供。 图 3.3.1 带有软盘的 3.5 mm 校准工具箱 (Calibration Kit) RS®ZV-Z32 1) 不要将 NMI (National Metrology Institutes) 与气象组织 (meteorologic organization) 混 淆，如美国国家气象局 (National Weather Service) 。 85 测量精度和校准 为了更加快速直接地完成校准过程，多数网络分析仪生产商提供 有 自动校准设备 (automatic calibration equipment) ；这避免了用户 手动切换校准标准件这一耗时且易出错的过程。校准自动化尤其 利于生产应用。由于自动校准设备内部已存储有特征数据，因此 不需要额外的存储媒体来传递数据，从而避免了该过程中存储媒 体的混淆。 图 3.3.2 四端口的校准单元 (Calibration Unit) RS®ZV-Z51 3.3.1 同轴校准标准件 短路器 (Short (S)) 同轴型设计可以构造近似理想 ( 总反射 |Γ| = 1 ) 的短路器。 图 3.3.3 短路端 标准件的反射系数仅取决于标准件的长度偏移 l ，该偏移来自参考 平面与短路器之间的机械长度 l 。这一长度引起的损耗通常可以忽 略。因此，参考平面处的反射系数计算如下， s = −e−j 4 πl /λ (3.3-1) 11 网络分析仪中建立短路器模型一般只需要输入其电长度 l ；特殊情 况中该模型也可以通过多项式系数 L 到 L 扩展；L 到 L 代表了寄 0 3 0