一种基于阻抗的矢量网络分析仪的校准方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阻抗的矢量网络分析仪的方法，本发明专利技术单片机给予时钟电路信号后，时钟电路产生两路信号给电桥电路和混频电路，混频电路输出信号通过ADC电路滤波，ADC电路将滤波后的电压信号传送给单片机电路进行信号处理，将ADC测得的电压参数通过转化为实际S参数，通过误差修正公式修正S参数；通过本发明专利技术使用的方法进行误差修正，最终能够在测量时减小随机误差，从而提高测试精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于阻抗的矢量网络分析仪的校准方法
本专利技术属于仪器仪表校准领域，具体涉及一种矢量网络分析仪的方法。
技术介绍
矢量网络分析仪(VNA)是一种功能全面的微博测量仪器，能够在很宽的频率范围内进行扫频测量，主要用于测量有源或无源的单端口或多端口网络的散射参数(S参数)。矢量网络分析仪一般以扫频的工作凡是测量待测器件(DUT)，可以得到待测器件散射参数的幅度频率、相位频率特性，并通过内部的运算处理模块，可以换算出许多其他的网络参数，如阻抗参数、导纳参数和传输参数以及隔离度和定向度等。在现有的电子器件测量系统中，矢量网络分析仪利用误差修正技术，在性能和测量质量方面获得了极大的优势。同时，矢量网络分析仪既可以进行幅度响应修正，又可以进行相位响应修正，因此这种修正通常被称为矢量误差修正。矢量网络分析仪的误差修正有以下两个步骤：第一步就是进行通常所说的校准，通过表征已知的校准件(如开路件、短路件、匹配件等)，经过一系列的校准方法来计算出VNA的系统误差，这一步骤也可以称为“误差修正采集”；第二步是“误差修正应用”，简称为“修正”，就是对被测件(DUT)进行S参数的测量，然后通过第一步推导得到的系统误差来获得DUT的特征参数。对上述传统矢量网络分析仪方法的不足，对于矢量网络分析仪方法，需要设计一种易于实现、误差较小且能有效降低系统噪声的校准方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，设计出一种新的基于阻抗的矢量网络分析仪校准方法；一种基于阻抗的矢量网络分析仪的校准方法，其特征在于，该方法所基于的系统由信号发生电路、时钟电路、电桥电路、混频电路、ADC电路和显示电路以及单片机电路组成；信号发生电路的信号输出端、混频电路的信号输出端与ADC电路的信号输入端；时钟电路的信号输出端与电桥电路的时钟信号输入端、混频电路的时钟信号输入端连接，电桥电路的信号输出端与混频电路的信号输入端连接，ADC电路与单片机信号连接，单片机的时钟控制信号输出端与时钟电路信号输入端连接；单片机的显示信号输出端与显示电路的信号输入端连接；该方法具体包括以下步骤：步骤一、单片机给予时钟电路信号后，时钟电路产生两路信号，其中一路为发射信号Ur，送到电桥电路，另一路为本振信号Ul，送往混频电路；其中本振信号比发射信号要高5KHz的频率，在电桥电路中，当被测器件不为50欧姆时，电桥的桥臂两端会产生电压差，后通过混频电路将本振信号与电桥产生的差分信号进行混频，得到混频信号，其中电桥产生的差分电压为U1和U2，本振信号为U3，混频信号为U1U3和U2U3；步骤二、在混频电路输出电压信号后，通过ADC电路的滤波功能，将高频信号滤除后剩下5KHz的低频信号进行信号处理，滤波后的电压为CU1U3和CU2U3,其中C为滤波器的滤波系数，由低通滤波器的数值所决定。步骤三、ADC电路将滤波后的电压信号传送给单片机电路进行信号处理，其中待测参数S由电压关系得出，在混频电路中设置三个混频器，将其中一个混频器设置为参考混频器，负责提供参考信号U4，一个混频器设置为反射信号，负责测量电压反射参数,即CU1U3-CU2U3，一个混频器设置为传输混频器，负责测量传输电压参数U5，测得电压反射信号与参考信号的比值S11m,测得传输电压信号与参考信号的比值S21m；待测参数S包括S11m和S21m；其中步骤四、由ADC测得的电压参数由于有系统外的干扰存在，导致了此时测量得到的S参数过大，因此在此时通过校准将测量得到的S参数转化为实际S参数。通过梅森公式计算得到实际的S11、S21的数值如下式所示。其中ED表示端口的方向性误差，ER表示端口的反向跟踪误差，ES表示源失配误差，EX表示前向误差；步骤五、由于本系统是通过扫频信号不断扫描被测器件的频率响应和相位响应的系统，因此系统与频率和时间都存在关系，在时域测量时由于被测器件不是理想器件，导致测量时会有误差产生，通过增加误差系数δ，来修正S参数，使得测量误差在时域中能够大幅度降低。此时误差修正公式如下式所示。其中S12＝S22＝S12m＝S22m＝0,步骤六、根据步骤五通过数学方法推出实际S参数与理想S参数之间的偏差函数如式(1)、式(2)、式(3)、式(4)、式(5)、式(6)、式(7)所示。其中L＝0，S11＝Γ+δS11m；步骤七、通过步骤六求得系统中的灵敏度系数为式(8)、式(9).本专利技术具有的收益效果是：本专利技术在提高基于阻抗的矢量网络分析仪校准方法上提供了新的思路，通过本专利技术使用的方法进行误差修正，最终能够在测量时减小随机误差，从而提高测试精度。附图说明图1是本专利技术的系统流图；图2是本专利技术的方法流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进一步说明。一种基于阻抗的矢量网络分析仪的校准方法，如图1所示，该方法所基于的系统由信号发生电路、时钟电路、电桥电路、混频电路、ADC电路和显示电路以及单片机电路组成；信号发生电路的信号输出端、混频电路的信号输出端与ADC电路的信号输入端；时钟电路的信号输出端与电桥电路的时钟信号输入端、混频电路的时钟信号输入端连接，电桥电路的信号输出端与混频电路的信号输入端连接，ADC电路与单片机信号连接，单片机的时钟控制信号输出端与时钟电路信号输入端连接；单片机的显示信号输出端与显示电路的信号输入端连接；该方法具体包括以下步骤：步骤一、单片机给予时钟电路信号后，时钟电路产生两路信号，其中一路为发射信号Ur，送到电桥电路，另一路为本振信号Ul，送往混频电路；其中本振信号比发射信号要高5KHz的频率，在电桥电路中，当被测器件不为50欧姆时，电桥的桥臂两端会产生电压差，后通过混频电路将本振信号与电桥产生的差分信号进行混频，得到混频信号，其中电桥产生的差分电压为U1和U2，本振信号为U3，混频信号为U1U3和U2U3；步骤二、在混频电路输出电压信号后，通过ADC电路的滤波功能，将高频信号滤除后剩下5KHz的低频信号进行信号处理，滤波后的电压为CU1U3和CU2U3,其中C为滤波器的滤波系数，由低通滤波器的数值所决定。步骤三、ADC电路将滤波后的电压信号传送给单片机电路进行信号处理，其中待测参数S由电压关系得出，在混频电路中设置三个混频器，将其中一个混频器设置为参考混频器，负责提供参考信号U4，一个混频器设置为反射信号，负责测量电压反射参数,即CU1U3-CU2U3，一个混频器设置为传输混频器，负责测量传输电压参数U5，测得电压反射信号与参考信号的比值S11m,测得传输电压信号与参考信号的比值S21m；待测参数S包括S11m和S21m；其中步骤四、如图2所示，由ADC测得的电压参数由于有系统外的干扰存在，导致了此时测量得到的S参数过大，因此在此时通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阻抗的矢量网络分析仪的校准方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：/n步骤一、单片机给予时钟电路信号后，时钟电路产生两路信号，其中一路为发射信号Ur，送到电桥电路，另一路为本振信号Ul，送往混频电路；其中本振信号比发射信号要高5KHz的频率，在电桥电路中，当被测器件不为50欧姆时，电桥的桥臂两端会产生电压差，后通过混频电路将本振信号与电桥产生的差分信号进行混频，得到混频信号，其中电桥产生的差分电压为U

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗的矢量网络分析仪的校准方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤一、单片机给予时钟电路信号后，时钟电路产生两路信号，其中一路为发射信号Ur，送到电桥电路，另一路为本振信号Ul，送往混频电路；其中本振信号比发射信号要高5KHz的频率，在电桥电路中，当被测器件不为50欧姆时，电桥的桥臂两端会产生电压差，后通过混频电路将本振信号与电桥产生的差分信号进行混频，得到混频信号，其中电桥产生的差分电压为U1和U2，本振信号为U3，混频信号为U1U3和U2U3；
步骤二、在混频电路输出电压信号后，通过ADC电路的滤波功能，将高频信号滤除后剩下5KHz的低频信号进行信号处理，滤波后的电压为CU1U3和CU2U3,其中C为滤波器的滤波系数，由低通滤波器的数值所决定；
步骤三、ADC电路将滤波后的电压信号传送给单片机电路进行信号处理，其中待测参数S由电压关系得出，在混频电路中设置三个混频器，将其中一个混频器设置为参考混频器，负责提供参考信号U4，一个混频器设置为反射信号，负责测量电压反射参数,即CU1U3-CU2U3，一个混频器设置为传输混频器，负责测量传输电压参数U5，测得电压反射信号与参考信号的比值S11m,测得传输电压信号与参考信号的比值S21m；待测参数S包括S11m和S21m；
其中



步骤四、由ADC测得的电压参数由于有系统外的干扰存在，导致了此时测量得到的S参数过大，因此在此时通过校准将测量得到的S参数转化为实际S参数；通过梅森公式计算得到实际的S11、S21的数值如下式所示；

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【专利技术属性】
技术研发人员：张福洪，张岩，易志强，岑友一，陈豪俊，李祥振，任继安，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33