基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件，具体涉及矢量网络分析仪校准技术领域，其解决了现有的矢量网络分析仪传统校准件为机械校准件，随着使用次数的增加，磨损会造成实际值与标定值之间的差异的不足。该基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件，以基于级联单刀双掷开关搭建的多功能开关电路为核心，并基于单片集成电路将偏置电路和开关电路集成在同一个芯片上，芯片至少包含四个不同阻抗状态，包括若干模块腔体，模块腔体包括双端口模块腔体和四端口模块腔体，每一模块腔体包括控制模块和电子标准模块。

【技术实现步骤摘要】
基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件
本专利技术涉及矢量网络分析仪校准
，具体涉及一种基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件。
技术介绍
电子校准件是矢量网络分析仪新型校准件，内部共有十几个不同的阻抗状态。根据对特性的综合评定，选取四到八个隔离度好、状态稳定的阻抗状态。不同状态的特性数据被存储于本电子校准件内。即一套电子校准件一套特性数据，且随机器存储。在使用中如果实侧值与标定值有差异，用户可自行标定。在定标、测试及使用过程冲，可自动切换并测量内部多个不同阻抗状态。且已实现端口自动检测，自动电子校准等功能，同时也可以与机械校准件混合使用。虽然机械校准件与电子校准件两者均能辅助网络仪完成校准。但是电子校准件连接简单，可以降低机械校准件多次连接引入的重复性误差，也可降低对操作人员的技术要求，且可与机械校准件混合使用，解决非插入、多端口等特殊测试问题。就多端口校准方面，双端口校准：电子校准件只需要1次连接，机械校准件要7次连接；四端口校准：电子校准件也是1次连接，机械校准件要18次连接。因此电子校准件代表了矢量网络分析仪校准技术的先进方向。矢量网络分析仪传统校准件为机械校准件，整套校准件包括已经标定的开路件、短路件、负载件、直通件等及多极性转接器。在校准过程中，每个端口都需要分别连接开路件、短路件、负载件，且每两个端口之间也需要连接直通件进行测量。虽然经过一些特殊算法处理，在一定程度上可以简化连接步骤，但同时也会降低校准精度。并且，机械校准件特性数据按批次给出，随着使用次数的增加，磨损会造成实际值与标定值之间的差异。因此在复杂的多端口测试和非插入器件测量中，机械校准件的使用在一定程度上已经制约了测试精度与测试复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述不足，提出了一种连接次数少，操作简单，可以降低机械校准件多次连接引入的重复性误差，也可降低对操作人员的技术要求的基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件。本专利技术具体采用如下技术方案：基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件，以基于级联单刀双掷开关搭建的多功能开关电路为核心，并基于单片集成电路将偏置电路和开关电路集成在同一个芯片上，包括若干模块腔体，模块腔体包括双端口模块腔体和四端口模块腔体，每一模块腔体包括控制模块和电子标准模块，所述控制模块包括CPU模块、存储模块、I/O口控制模块和通信模块，所述电子标准模块包括多路开关、传输线和电子标准，电子标准模块包括若干种组合电子标准，在控制模块的控制下，通过电子开关将相应的电子标准连接到端口之上。优选地，每一所述芯片至少包含四个不同阻抗状态。优选地，所述单片集成电路中各晶体管均采用管芯结构，管芯结构采用基于场效应管的开关电路，芯片的衬底采用砷化镓。优选地，所述基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件与矢量网络分析仪的主机通过USB接口传递命令和数据；传递命令和数据过程中，基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件作为传递标准包括两种定标方法：通过理论计算获得电子校准件模块的频率响应；搭建和利用定标系统完成定标。优选地，搭建和利用定标系统完成定标，即选用高精度校准件对矢量网络分析仪进行校准，然后该矢量网络分析仪对电子标准各个状态S参数的实测数据，作为电子校准件的定标参数保存到校准件内部存储器中。优选地，利用基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件测量矢量网络分析仪的剩余误差，利用剩余误差确定基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件的整机性能。优选地，使用基于最小二乘求解超定方程的误差系数求解方法求解基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件中的误差系数。优选地，求解误差系数的过程为：a.使用超定方程误差系数求解法进行端口误差系数求解，得到误差系数方向性、源匹配和反射跟踪；b.电子校准件选中直通状态，与求解的单端口误差项，结合计算获取、正向负载匹配、正向反射跟踪、反向负载匹配、反向反射跟踪误差系数。本专利技术具有如下有益效果：1)、基于多阻抗芯片的电子校准件采用内部MMIC微波芯片，通过电子开关切换不同的阻抗状态。每个芯片端口至少四个不同阻抗状态，在误差系数求解过程中使用最小二乘的方式求解加权超定方程组；2)、采用自动定标的方式对电子校准件整机进行标定，同时涉及频段无法在单台矢量网络分析仪上实现的，要进行频段拼接的处理；3)、采用专用测试方法，对利用电子校准件校准后的矢量网络分析仪进行剩余误差项指标测试，从而确定出电子校准件性能；4)、矢量网络分析仪全自动电子校准件及电子与机械的混合校准功能，及多测量类电子校准功能和与机械校准件的混合校准功能。5)、本技术同时可应用于多家厂商的矢量网络分析仪，适应性强。相比于传统的机械校准件，本技术的主要优点在于连接少，操作简单，对操作者的技术要求比较低，可减少多次连接引入的重复性误差，从而提高测量精度。附图说明图1为基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件原理框图；图2为基于MMIC的基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件原理图；图3为基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件控制流程图；图4为定标流程及验证流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步说明：如图1-图4所示，基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件，以基于级联单刀双掷开关搭建的多功能开关电路为核心，并基于单片集成电路将偏置电路和开关电路集成在同一个芯片上，芯片至少包含四个不同阻抗状态，包括若干模块腔体，模块腔体包括双端口模块腔体和四端口模块腔体，每一模块腔体包括控制模块和电子标准模块，所述控制模块包括CPU模块、存储模块、I/O口控制模块和通信模块，所述电子标准模块包括多路开关、传输线和电子标准，CPU模块选用基于ARM7的处理器进行设计，存储模块用于电子校准件定标数据的存储，控制模块通过USB接口负责与矢量网络分析仪主机进行通信。电子标准模块，由高重复性多路开关、传输线和电子标准组成。电子标准模块包括若干种组合标准，并在控制模块的控制下，通过电子开关把相应的电子标准连接到端口之上。所述单片集成电路中各晶体管均采用管芯结构，管芯结构采用基于场效应管的开关电路，芯片的衬底采用砷化镓。电子校准件核心为以基于级联SPDT(单刀双掷开关)搭建的多功能开关电路，并基于MMIC(单片集成电路)技术将偏置电路和开关电路集成在同一个芯片上，与微波混合电路HMIC相比较，MMIC具有体积更小、寿命更长、可靠性高、噪声低、功耗小、工作的极限频率更高等优点，因为在MMIC中各种晶体管均采用管芯结构，可以缩短元件之间的互连线，减少焊点和无管壳封装参数，从而提高极限频率、展宽工作频带、改善可靠性。芯片衬底材料采用的GaAs(砷化镓)材料具有低损耗，高介电常数，并且与金属有良好的附着力。在管芯选择上面，采用了基于GaAsFET(场效应管)的开关电路。与PIN二极管开关相比，具有偏置网络简单，直流功耗小，电路设计简单和开关速度快等优点。通过优化开关拓朴结构，采用三个FET的串并联结构来获得较低插损、高的隔离度和良好的回波损耗，最终设计的芯片回波损耗在全频段优于15dB，开关间隔离度达到30dB。基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件与矢量网络分析仪的主机通过USB接口传递命令和数据；传递命令和数据过程中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件，其特征在于，以基于级联单刀双掷开关搭建的多功能开关电路为核心，并基于单片集成电路将偏置电路和开关电路集成在同一个芯片上，包括若干模块腔体，模块腔体包括双端口模块腔体和四端口模块腔体，每一模块腔体包括控制模块和电子标准模块，所述控制模块包括CPU模块、存储模块、I/O口控制模块和通信模块，所述电子标准模块包括多路开关、传输线和电子标准，电子标准模块包括若干种组合电子标准，在控制模块的控制下，通过电子开关将相应的电子标准连接到端口之上。

【技术特征摘要】
1.基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件，其特征在于，以基于级联单刀双掷开关搭建的多功能开关电路为核心，并基于单片集成电路将偏置电路和开关电路集成在同一个芯片上，包括若干模块腔体，模块腔体包括双端口模块腔体和四端口模块腔体，每一模块腔体包括控制模块和电子标准模块，所述控制模块包括CPU模块、存储模块、I/O口控制模块和通信模块，所述电子标准模块包括多路开关、传输线和电子标准，电子标准模块包括若干种组合电子标准，在控制模块的控制下，通过电子开关将相应的电子标准连接到端口之上。2.如权利要求1所述的基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件，其特征在于，每一所述芯片至少包含四个不同阻抗状态。3.如权利要求1所述的基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件，其特征在于，所述单片集成电路中各晶体管均采用管芯结构，管芯结构采用基于场效应管的开关电路，芯片的衬底采用砷化镓。4.如权利要求1所述的基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件，其特征在于，所述基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件与矢量网络分析仪的主机通过USB接口传递命令和数据；传递命令和数据过程中，基于多阻抗状态的矢量网络分析仪电子校准件作为传递标准包括两种定标方法：...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永瑞，庄志远，赵立军，马景芳，李明太，李树彪，刘丹，
申请(专利权)人：中电科仪器仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37