在片散射参数的溯源及不确定度评估方法技术

本发明专利技术公开了一种在片散射参数的溯源及不确定度评估方法，涉及散射参数校准技术领域。该方法包括：建立多线TRL校准算法模型，根据所述TRL校准算法确定采集测量的误差来源；测量多线TRL校准件的几何量及未修正的散射参数，并进行误差项采集；通过测量传输线单位长度线电容的方法，得到所述多线TRL校准件传输线的特征阻抗，再通过阻抗变换实现归一化到50Ω特征阻抗的散射参数校准；测量被测件未修正的散射参数，进行误差项修正得到归一化到50Ω的被测件的散射参数，根据MCM蒙特卡洛器件仿真测试方法对多线TRL校准的散射参数进行不确定度评估。上述方法能够清晰给出不确定度的来源，提高评估的不确定度评估的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在片散射参数校准
，特别是涉及一种在片散射参数的溯源及不确定度评估方法。
技术介绍
在射频微波电路与系统分析中，通常要用到元器件的散射参数(S参数)，通过它可以推导出增益、匹配、阻抗和隔离性等其它参数。S参数测量一般通过矢量网络分析仪(VectorNetworkAnalyzer，VNA)，简称矢网来实现。矢网是射频和微波测量领域中最精准的测量仪器，其原因在于矢网采用了矢量误差修正技术：即可以进行幅度响应修正，又可以进行相位响应修正。与大多数电子测量仪器需要借助另一种较高质量的电子设备进行细致测量以完成通常每年一次的校准概念不同，矢网采用校准件对构成矢网测量能力的原始硬件性能(如方向性)、连接电缆、探针等进行表征测量，来提高实际测量性能，这个过程通常被称为校准，但是更合适的名称是误差修正或用户校准。因此严格来讲矢网的误差修正(用户校准)是后置处理过程，即测量结束后，在原始的测量数据上应用误差修正算法，得到准确的测量结果。矢网的误差修正包括两个步骤：第1步是测量已知标准件，如短路、传输线等来确定矢网的系统误差，这个过程被称为“误差项采集”；第2步是测量被测件(DUT)，并利用误差修正算法来获得准确测量结果，这个过程被称为“误差项应用”或“修正”。矢网进行S参数测量需要明确系统的特征阻抗Z0(一般为50Ω)，所测S参数才有意义。系统特征阻抗一般由校准件决定，例如负载、传输线等。TRL校准通常被认为是最准确的校准方法，这是因为校准的质量几乎完全依赖于已知阻抗的传输线阻抗的正确性，特别的，多线TRL通过增加适量的传输线(line)标准，冗余(redundant)的Line提供的附加信息用来减小随机误差的影响。由于校准件的不理想，采集到的误差项必然存在误差，一般称其为剩余误差。在同轴测量条件下可以采用准确度更高的空气线作为阻抗标准对剩余误差进行测量，实现S参数的向上溯源，其不确定度可通过以下方法进行评定：1)EURAMETcg-12《GuidelinesontheEvaluationofVectorNetworkAnalysers(VNA)》给出的不确定度计算方法；2)中华人民共和国工业和信息化部发布的SJ/T11433-2012《矢量网络分析仪通用规范》给出的不确定度计算方法进行计算。但是在片S参数的矢网校准剩余误差无法找到更高准确度的阻抗标准进行测量，特别是对于准确度最高的在片多线TRL校准向上溯源问题没有实现。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种在片散射参数的溯源及不确定度评估方法，保证能够清晰给出不确定度的来源，实现了在片散射参数校准不确定度，提高不确定度评估的准确性。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种在片散射参数的溯源及不确定度评估方法，通过多线TRL校准件完成，包括以下步骤：1)建立多线TRL校准算法模型，根据所述TRL校准算法确定采集测量的误差来源；2)测量多线TRL校准件的几何量及未修正的散射参数，并进行误差项采集；3)通过测量传输线单位长度线电容的方法，得到所述多线TRL校准件传输线的特征阻抗，再通过阻抗变换实现归一化到50Ω特征阻抗的散射参数校准；4)测量被测件未修正的散射参数，进行误差项修正得到归一化到50Ω的被测件的散射参数，根据MCM蒙特卡洛器件仿真测试方法对多线TRL校准的散射参数进行不确定度评估。优选的，步骤1)中的所述多线TRL校准算法中，一个频点对应所有传输线标准，通过误差项修正得到被测件散射参数的多个观测值后，再通过统计处理的方法得到被测件散射参数的最优值。优选的，步骤1)中所述误差来源包括线长差ΔL、传输线阻抗一致性、矢网测量接收机的幅相精度以及相对有效介电常数εr,eff的测量误差。优选的，步骤2)中以中间量的测量误差作为不确定度评定时的离散值；所述中间量包括线长差、相对有效介电常数、未修正的测量量以及线特征阻抗的一致性。优选的，步骤3)中以低介质损耗传输线单位线电容测量来确定所述多线TRL校准件传输线的特征阻抗，将在片散射参数的不确定度来源确定为包括进行反射测量的不确定度及测量直流电阻的不确定度。优选的，步骤4)中根据中间测量量的测量模型，结合最终测量量的期望及偏差，通过MCM蒙特卡洛器件仿真得到在片多线TRL校准的散射参数的不确定度；其中，所述中间测量量包括传输线的传播常数、相对有效介电常数和线电容；所述最终测量量包括传输线的几何尺寸和直流电阻。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：在片S参数校准准确度最高的多线TRL校准算法模型，并在此基础上分析测量误差来源，结合传输线单位线电容测量确定传输线特征阻抗的方法，将在片S参数校准的误差来源向上溯源到几何量参数及电阻基准，并采用MCM实现了在片S参数校准不确定度评定。经验证算法模型准确、量值溯源途径合理。附图说明图1是本专利技术在片散射参数的溯源及不确定度评估方法一个实施例的流程示意图；图2是本专利技术一个实施例的多线TRL校准信号流图(8项误差模型)；图3是本专利技术一个实施例的量值溯源图；图4是本专利技术一个实施例的多线TRL校准软件界面；图5是本专利技术一个实施例的校准件测量SM结果示意图；图6是本专利技术一个实施例的PAD10真实值SA测试结果(直通中间，50Ω)；图7是本专利技术一个实施例的不确定度评定软件界面；图8是本专利技术一个实施例的算法模型测量结果与美国国家标准局(NIST)参考物质RM8130上的检验件10dB衰减器测量结果对比。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。以下各个实施例中，在片散射参数的溯源及不确定度评估方法均是通过多线TRL校准件完成的。参见图1，一个实施例中，在片散射参数的溯源及不确定度评估方法可以包括以下步骤：S100，建立多线TRL校准算法模型，根据所述TRL校准算法确定采集测量的误差来源。其中，多线TRL校准算法是建立在TRL校准方法的基础上，它们具有相同的校准常数X、Y和8项误差模型，参见图2。在片测量过程中，探针与校准件的连接重复性是随机误差的主要来源，连接重复性包括探针与校准件的接触深浅、位置微小偏移等。相比TRL校准方法忽略了这些随机误差，多线TRL校准算法考虑了探针与校准件连接重复性带来的随机误差的影响，因此其校准准确度更高。不同于TRL校准方法中，一个频点只对应两根传输线标准，即直通Thru和传输线line，通过对测量结果求解特征值和特征向量得到传播常数γ和校准常数X，Y。多线TRL校准算法中，一个频点对应所有传输线标准，通过一定的计算得到待求量的多个观测值，通过统计处理的方法得到最优值。其中，校准误差网络X，Y可由A、B、C、R参数表征，是校准算法的待求量。其中，e00，e01，e10，e11，e22，e23，e32，e33为8项系统误差，将8项系统误差网络X,Y使用传输散射参数表征即为公式(1)(2)中最后一个等于号后面的表达式，ABCR只是一个符号，用于简化公式，没有实际意义。算法最终将给出通过多次测量、观测，应用Guass-Markou定律获取最佳无偏估计，消除随机误差并得到待求量传播常数γ和A、B、C、R的模型。矢网测量的第i个校准件(传输线标准)的级联传输散射矩阵Mi为其中，Ti为校本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在片散射参数的溯源及不确定度评估方法，其特征在于，通过多线TRL校准件完成，包括以下步骤：1)建立多线TRL校准算法模型，根据所述TRL校准算法确定采集测量的误差来源；2)测量多线TRL校准件的几何量及未修正的散射参数，并进行误差项采集；3)通过测量传输线单位长度线电容的方法，得到所述多线TRL校准件传输线的特征阻抗，再通过阻抗变换实现归一化到50Ω特征阻抗的散射参数校准；4)测量被测件未修正的散射参数，进行误差项修正得到归一化到50Ω的被测件的散射参数，根据MCM蒙特卡洛器件仿真测试方法对多线TRL校准的散射参数进行不确定度评估。

【技术特征摘要】
1.一种在片散射参数的溯源及不确定度评估方法，其特征在于，通过多线TRL校准件完成，包括以下步骤：1)建立多线TRL校准算法模型，根据所述TRL校准算法确定采集测量的误差来源；2)测量多线TRL校准件的几何量及未修正的散射参数，并进行误差项采集；3)通过测量传输线单位长度线电容的方法，得到所述多线TRL校准件传输线的特征阻抗，再通过阻抗变换实现归一化到50Ω特征阻抗的散射参数校准；4)测量被测件未修正的散射参数，进行误差项修正得到归一化到50Ω的被测件的散射参数，根据MCM蒙特卡洛器件仿真测试方法对多线TRL校准的散射参数进行不确定度评估。2.根据权利要求1所述的在片散射参数的溯源及不确定度评估方法，其特征在于，步骤1)中的所述多线TRL校准算法中，一个频点对应所有传输线标准，通过误差项修正得到被测件散射参数的多个观测值后，再通过统计处理的方法得到被测件散射参数的最优值。3.根据权利要求1所述的在片散射参数的溯源及不确定度评估方法，其特征在于，步骤1)中所述误...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾鹏，王一帮，吴爱华，梁法国，孙静，刘晨，孙晓颖，韩志国，丁立强，张立飞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13