[发明专利]一种用于校准矢量网络分析仪的校准装置及校准方法

说明书

本发明涉及微波毫米波元器件特性参数测试技术领域，具体涉及一种用于校准矢量网络分析仪的校准装置及校准方法；该校准装置及校准方法简化了直通校准过程，利用特定连接方式的单刀多掷微波开关实现直通电子标准，当电子校准件端口数为N时，将需要实现的直通电子标准的数量由N(N‑1)/2减少到(N‑1)，需要的直通电子标准的数量不会随端口数急剧增长，同时大大降低直通电子标准的插入损耗，有利于提高多端口电子校准的精度，易于大端口数多端口电子校准件的设计实现。

技术领域

本发明涉及微波毫米波元器件特性参数测试技术领域，具体涉及一种用于校准矢量网络分析仪的校准装置及校准方法。

背景技术

通过使用多端口矢量网络分析仪对微波多端口模块进行测量，可以获取其精确的幅频和相频特性矢量信息。由多端口矢量网络分析仪和测量电缆等附件组成的测量系统特性并不是理想的，包含多种系统误差，因此测量前必须进行校准以提取整个测量系统的各种系统误差，然后在随后的测量过程中通过采用误差修正技术去除各种系统误差对测量精度的影响，才能得到被测件精确的幅相特性信息。

多端口矢量网络分析仪的校准方法可以分为机械校准和电子校准两种，机械校准在校准时使用开路器、短路器、负载和直通等机械校准件，校准过程分反射校准和直通校准两个步骤，如果校准的端口数为N，反射校准时测量连接次数为3N，按线性规律增加，直通校准的测量连接次数为N(N-1)/2，近似按平方率规律增加，例如进行24端口校准时，反射校准的连接次数为72次，直通校准的连接次数为276次，校准时必须手动连接各种机械校准件到不同的待校准端口，整个校准过程非常繁琐，极易由于其中某个步骤连接错误而导致整个校准过程失败，因此机械校准并不适合大端口数的多端口校准测量应用。

多端口电子校准件内部包含特性已知的已定标的各种电子标准和微波电子开关，当把多端口电子校准件连接到主机的测量端口进行多端口电子校准时，矢量网络分析仪会自动识别所连接的电子校准件，读取其内部的定标数据，根据校准需要，控制电子校准件内部的开关自动切换各种电子标准连接到测量端口进行校准，校准过程中不再需要人工参与，非常方便，因此使用多端口电子校准件进行多端口电子校准是大端口数多端口校准的最优选择方案。但目前的多端口电子校准件和校准方法需要电子校准件的任意两端口间都必须存在直通电子标准，即要求多端口电子校准件的直通标准是一个可以实现任意两个端口直通的全通微波开关矩阵，当多端口电子校准件的端口数为N时，其内部需要实现的直通标准个数为N(N-1)/2，随端口数近似按平方率规律快速增长，因此大端口数多端口电子校准件电路拓扑结构的复杂性会随校准端口数迅速提高，导致大端口数多端口电子件的设计和制造实现非常困难，即使能够勉强物理实现也会因电路复杂而导致硬件成本高，体积庞大使用不便，性能指标差校准精度不高等缺点而没用实用和商用价值。基于以上原因目前可商用的多端口电子校准件的校准端口最多为4个，工作频率到20GHz，大端口数的复杂多端口校准主要通过采用两端口的电子校准件或机械校准件通过多次测量连接实现，整个校准过程对仪器使用人员的专业技能要求较高，过程非常繁琐，极易因某个步骤连接错误而导致整个校准过程失败。

以下结合附图对现有技术中的校准方案进行进一步说明。图1为现有多端口矢量网络分析仪两端口间误差模型示意图。

当前多通道接收和多通道功率合成技术在如相控阵雷达等军用装备和民用通信设备中被广泛使用，如一些军用相控阵雷达中的通道数量高达上万个，在通信设备中广泛采用分集接收技术。此外对装备和设备体积功耗等要求也不断提高，因此具有高集成度、多功能和多个输入输出端口的大端口数复杂多端口微波模块的使用日益广泛。为了保证装备和设备整体性能指标的实现，经常要求对各种微波多端口模块的幅相特性进行精确测量。多端口矢量网络分析仪可以实现微波多端口模块幅相特性的精确快速测量，但需要能提供一种简单快捷的多端口校准解决方案。