本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波毫米波元器件特性参数测试
，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。
技术介绍
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-I) /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-I)/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。 为了能进行多端口矢量网络分析仪校准提取测量系统存在的各种误差，必须对多 端口矢量网络分析仪测量时存在的各种误差进行分析归纳总结的基础上进行系统的误差 建模。多端口矢量网络分析仪的端口在测量过程中存在激励（源输出）和接收两种不同状 态，在这两种状态下端口存在的系统测量误差是不同的，当端口 i处于激励状态端口 j处于 接收状态两端口间的误差模型如图1所示，在模型中用方向性误差Edi、源匹配误差Esi和反 射跟踪误差E ri描述激励端口 i存在的误差，用负载匹配误差E U]1和传输跟踪误差E T]1描述 端口 i激励端口 j接收时端口间存在的负载匹配误差和传输跟踪误差，Eui和E T]1描述了一 对端口间在特定激励和接收状态下存在的系统测量误差。下面将对目前使用多端口电子校 准件进行多端口电子校准提取系统误差项的过程和方法进行详细介绍： 多端口电子校准同样包含单端口反射电子校准和直通电子校准两个步骤，设校准 的端口数为N，进行单端口反射电子校准时，设电子校准件的端口 k与矢量网络分析仪的端 口 i相连，矢量网络分析仪主机控制多端口电子校准件内部的开关，将电子校准件端口 k的 不同反射标准连接到矢量网络分析仪的待校准端口 i进行测量校准，设电子校准件端口 k 的3个反射标准的已知特性数据分别为rkl、rk2、rk3,多端口矢量网络分析仪端口 i对应 的未修正的测量值分别为Slinil、Slini2和S 11Π13，可确定端口 i的方向性误差Edi、源匹配误差Esi 和反射跟踪ERi。 分别在不同的端口进行单端口反射电子校准，共需进行N次单端口反射电子校 准，就可以提取出矢量网络分析仪所有端口的方向性、源匹配和反射跟踪误差。 在进行直通电子校准时，设多端口电子校准件的端口 k和端口 η分别与矢量网络 分析仪的端口 i和端口 j连接，电子校准件端口 k和端口 η间直通标准的已知二端口 S参 数为Sllk、S12kn、S21nk和S 22η，多端口矢量网络分析仪对应的端口 i和端口 j间未修正的S参 数测量结果为Slini、Sljni、Sjin^P S jjni，可以提取出多端口矢量网络分析仪端口 i和端口 j间对 应的负载匹配误差Eup Eujl和传输跟踪误差E ΤιΡ ETjl。 在不同的端口间分别进行直通电子校准，共需进行Ν(Ν-1)/2次直通校准测量，即 可提取出误差模型中全部的负载匹配误差和传输跟踪误差。 这样在进行N个测量端口的多端口电子校准时，通过N次单端口反射电子校准和 Ν(Ν-1)/2次直通电子校准，就可以提取出误差模型中所有的系统误差项，在测量过程中通 过采用误差修正技术去除这些系统误差项的影响，即可得到多端口被测件精度的多端口 S 参数测量结果。 目前的多端口电子校准件和多端口电子校准方法主要存在以下两个缺点： 1)现有的多端口电子校准在进行直通校准时，所需的直通校准测量次数随端口数 近似按平方率规律快速增长，校准过程繁琐，所需的校准时间过长，并且会引入过多的测量 连接重复性误差，不利于提高测量效率和精度，同时也制约大端口数多端口电子校准件的 实现。 2)传统的多端口电子件最大缺点是直通标准的数量随端口数近似按平方率规律 快速增长，端口数为N时，内部直通电子标准的数量为Ν(Ν-1)/2,如四端口电子校准件内部 的直通标准的数量为6个，而扩展到二十四端口时内部的直通电子标准的数量增加到276 个，这样会导致大端口数的电子校准件因直通电子标准过于复杂而难于实现，即使能够实 现也会因为电路方案复杂导致大端口数的多端口电子校准件体积庞大使用不便，校准精度 差和硬件成本高等缺点，没有商用和实用的价值。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于校准矢量网络分析仪的校准装置，其特征在于，包括：电子标准模块、数字接口控制模块和FLASH存储器；所述电子标准模块中包括多端口电子校准过程中所需的单端口反射电子标准和直通电子标准；所述FLASH存储器用于存储各电子标准定标数据；所述定标数据为矢量数据，同时包含电子标准的幅度和相位信息；所述数字接口控制模块通过USB接口与所述矢量网络分析仪主机进行通信，分别用于：将所述电子标准定标数据写入所述FLASH存储器；将所述FLASH存储器中存储的所述电子标准定标数据上传至所述矢量网络分析仪主机；在多端口电子校准过程中根据所述矢量网络分析仪主机的命令，控制所述电子标准模块内部的开关将不同的电子标准连接到校准端口完成校准。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏连成，薛龙，曹金龙，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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