CN102981135B - 非线性矢量网络分析仪双端口校准方法 - Google Patents

Abstract

非线性矢量网络分析仪双端口校准方法，它涉及微波毫米波测量技术领域。它解决了现有非线性矢量网络分析仪双端口校准技术的校准方案单一、校准结果难以自检的问题。采用非线性矢量网络分析仪的两个端口分别进行开路、短路、负载、功率、相位和直通校准，获得校准件的标称值和实际测量值，根据获得的所有系数确定8项误差模型，实现非线性矢量网络分析仪的校准。本发明适用于信号分析及对非线性器件的特性进行最深入的分析。

Description

非线性矢量网络分析仪双端口校准方法

技术领域

本发明涉及非线性矢量网络分析仪双端口校准方法。

背景技术

目前的非线性矢量网络分析仪，简称NVNA，是新一代微波毫米波测量技术及射频功率器件非线性表征平台，然而，NVNA的校准原理和方案一直以来都没有实现突破，仍沿用着Maury公司2003年推出的大信号网络分析仪，简称LSNA的相对和绝对校准技术与流程，没有针对NVNA自身的特点和与LSNA测量原理的差别得到深入研究和发展。现有的NVNA双端口校准技术校准方案单一、校准结果难以自检。

发明内容

本发明是为了解决现有的NVNA双端口校准技术校准方案单一、校准结果难以自检的问题，而提出非线性矢量网络分析仪双端口校准方法。

非线性矢量网络分析仪双端口校准方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：采用非线性矢量网络分析仪的两个端口分别进行开路、短路和负载校准，采用开路标准件进行开路校准，根据所述开路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M};$

采用短路标准件进行短路校准；根据所述短路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{short}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{shord}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M};$

采用负载标准件进行负载校准，根据所述负载标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M};$

其中：

Δx=e₀₀e₁₁-e₀₁e₁₀；

Δy=e₃₃e₂₂-e₃₂e₂₃

式中，Г_short为短路标准件的反射系数真实值，为短路标准件在端口一的反射系数测量值，为短路标准件在端口二的反射系数测量值，Г_Open为开路标准件的反射系数真实值，为开路标准件在端口一的反射系数测量值，为开路标准件在端口二的反射系数测量值，Г_Load为负载标准件的反射系数真实值，为负载标准件在端口一的反射系数测量值，为负载标准件在端口二的反射系数测量值，e₀₀为前向测量方向性误差，e₁₁为前向测量源匹配误差、反向测量负载匹配误差，e₂₂为前向测量负载匹配误差、反向测量源匹配误差，e₃₃为反向测量方向性误差，e₀₁为端口一反向传输项，e₁₀为端口一反向传输项，e₃₂为端口二正向传输项，e₂₃为端口二反向传输项；

根据上述获得的三个方程组联立求解，获得8项误差模型的六个系数值e₀₀、e₁₁、Δx、e₃₃、e₂₂、Δy；

步骤二：非线性矢量网络分析仪在端口一先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{01}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{11}-a_0\mathrm{\Δx}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{00}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述相位标准件的标称值和实际测量值获得方程：

式中，a₀为功率校准时的入射波测量值,b₀为功率校准时的反射波测量值,为功率计读数，Г_R为相位参考的输出端反射系数，a_R为相位参考的相位真实值；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₀₁的模和辐角；

步骤三：非线性矢量网络分析仪在端口二先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{32}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{33}-a_0\mathrm{\Δy}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{22}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\mathrm{\φ}\left(e_{32}\right)=\mathrm{\φ}\left(\frac{b_0-b_0{\mathrm{\Γ}}_R{e}_{33}-a_0{e}_{22}+a_0\mathrm{\Δy}{\mathrm{\Γ}}_R}{a_R}\right);$

式中，e₃₂为端口二正向传输项；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₃₂的模和辐角；

步骤四：根据步骤一至步骤三获得的所有系数确定8项误差模型，实现非线性矢量网络分析仪的校准。

本发明还提供另一种非线性矢量网络分析仪双端口校准方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：采用非线性矢量网络分析仪的两个端口分别进行开路、短路和负载校准，采用开路标准件进行开路校准，根据所述开路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M};$

采用短路标准件进行短路校准；根据所述短路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{short}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{shord}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M};$

采用负载标准件进行负载校准，根据所述负载标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M};$

其中：

Δx=e₀₀e₁₁-e₀₁e₁₀；

Δy=e₃₃e₂₂-e₃₂e₂₃

式中，Г_short为短路标准件的反射系数真实值，为短路标准件在端口一的反射系数测量值，为短路标准件在端口二的反射系数测量值，Г_Open为开路标准件的反射系数真实值，为开路标准件在端口一的反射系数测量值，为开路标准件在端口二的反射系数测量值，Г_Load为负载标准件的反射系数真实值，为负载标准件在1端口的反射系数测量值，为负载标准件在端口二的反射系数测量值，e₀₀为前向测量方向性误差，e₁₁为前向测量源匹配误差、反向测量负载匹配误差，e₂₂为前向测量负载匹配误差、反向测量源匹配误差，e₃₃为反向测量方向性误差，e₀₁为端口一反向传输项，e₁₀为端口一反向传输项，e₃₂为端口二正向传输项，e₂₃为端口二反向传输项；

根据上述获得的三个方程组联立求解，获得8项误差模型的六个系数值e₀₀、e₁₁、Δx、e₃₃、e₂₂、Δy；

步骤2：利用非线性矢量网络分析仪的直通件进行双端口直通校准，利用下面的校准方程求解比值项e₀₁/e₃₂的值，其中上角标M代表相应S参数的原始测量值；

$\frac{e_{01}}{e_{32}}=\±\sqrt{\frac{S_{12}^M(e_{00}{e}_{11}-\mathrm{\Δx})}{S_{21}^M(e_{33}{e}_{22}-\mathrm{\Δy})}};$

步骤3：非线性矢量网络分析仪在端口一先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{01}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{11}-a_0\mathrm{\Δx}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{00}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述相位标准件的标称值和实际测量值获得方程：

式中，a₀为功率校准时的入射波测量值,b₀为功率校准时的反射波测量值,为功率计读数，Г_R为相位参考的输出端反射系数，a_R为相位参考的相位真实值；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₀₁的模和辐角；

步骤4：非线性矢量网络分析仪在端口二先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{32}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{33}-a_0\mathrm{\Δy}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{22}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\mathrm{\φ}\left(e_{32}\right)=\mathrm{\φ}\left(\frac{b_0-b_0{\mathrm{\Γ}}_R{e}_{33}-a_0{e}_{22}+a_0\mathrm{\Δy}{\mathrm{\Γ}}_R}{a_R}\right);$

式中，e₃₂为端口二正向传输项；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₃₂的模和辐角；

步骤5：根据步骤1至步骤4获得的所有系数确定8项误差模型，实现非线性矢量网络分析仪的校准。

本发明具有校准方案多样性、校准结果可以进行自检的优点。它通过在端口一先后进行相位和功率校准和在双端口引用直通校准的方案实现校准方案多样性；通过直通件进行直通校准直接求得e₀₁/e₃₂的值，与通过功率校准件和相位校准件先后进行相位和功率校准求得e₀₁/e₃₂的值，对e₀₁/e₃₂进行比对实现校准结果的自检。

附图说明

图1是本发明的8项误差模型图。

图2是本发明的一种非线性矢量网络分析仪双端口校准流程图，其中，“1”表示源输入端口，“2”表示端口一，“3”表示端口二，“4”表示负载输出端口。

图3是本发明的另一种非线性矢量网络分析仪双端口校准流程图，其中，“1”表示源输入端口，“2”表示端口一，“3”表示端口二，“4”表示负载输出端口。

图4是e₀₁/e₃₂辐角图，其中，图形“□”表示相位校准结果，图形“+”表示未知直通结果。

图5是e₀₁/e₃₂模值图，其中，图形“□表示功率校准结果，图形“+”表示未知直通结果。

图6是相位测量的比对结果图，其中，图形“+”表示比对结果，曲线“—”表示门限值，图形“○”表示超出门限的结果。

图7是原非线性矢量网络分析仪双端口校准相位测量的比对结果图。

图8是原非线性矢量网络分析仪双端口校准模值测量的比对结果图。

图9是本发明测量不确定度特性图，其中“7”表示重构的脉冲信号时域波形，“8”表示标准不确定度结果。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的非线性矢量网络分析仪双端口校准方法包括以下步骤：

步骤一：采用非线性矢量网络分析仪的两个端口分别进行开路、短路和负载校准，采用开路标准件进行开路校准，根据所述开路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M};$

采用短路标准件进行短路校准；根据所述短路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{short}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{shord}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M};$

采用负载标准件进行负载校准，根据所述负载标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M};$

其中：

Δx=e₀₀e₁₁-e₀₁e₁₀；

Δy=e₃₃e₂₂-e₃₂e₂₃

式中，Г_short为短路标准件的反射系数真实值，为短路标准件在端口一2的反射系数测量值，为短路标准件在端口二3的反射系数测量值，Г_Open为开路标准件的反射系数真实值，为开路标准件在端口一2的反射系数测量值，为开路标准件在端口二3的反射系数测量值，Г_Load为负载标准件的反射系数真实值，为负载标准件在端口一2的反射系数测量值，为负载标准件在端口二3的反射系数测量值，e₀₀为前向测量方向性误差，e₁₁为前向测量源匹配误差、反向测量负载匹配误差，e₂₂为前向测量负载匹配误差、反向测量源匹配误差，e₃₃为反向测量方向性误差，e₀₁为端口一2反向传输项，e₁₀为端口一2反向传输项，e₃₂为端口二3正向传输项，e₂₃为端口二3反向传输项；

根据上述获得的三个方程组联立求解，获得8项误差模型的六个系数值e₀₀、e₁₁、Δx、e₃₃、e₂₂、Δy；

步骤二：非线性矢量网络分析仪在端口一2先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{01}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{11}-a_0\mathrm{\Δx}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{00}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述相位标准件的标称值和实际测量值获得方程：

式中，a₀为功率校准时的入射波测量值,b₀为功率校准时的反射波测量值,为功率计读数，Г_R为相位参考的输出端反射系数，a_R为相位参考的相位真实值；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₀₁的模和辐角；

步骤三：非线性矢量网络分析仪在端口二3先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{32}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{33}-a_0\mathrm{\Δy}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{22}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\mathrm{\φ}\left(e_{32}\right)=\mathrm{\φ}\left(\frac{b_0-b_0{\mathrm{\Γ}}_R{e}_{33}-a_0{e}_{22}+a_0\mathrm{\Δy}{\mathrm{\Γ}}_R}{a_R}\right);$

式中，e₃₂为端口二3正向传输项；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₃₂的模和辐角；

步骤四：根据步骤一至步骤三获得的所有系数确定8项误差模型，实现非线性矢量网络分析仪的校准。

具体实施方式二：本实施方式所述的另一种非线性矢量网络分析仪双端口校准方法包括以下步骤：

步骤1：采用非线性矢量网络分析仪的两个端口分别进行开路、短路和负载校准，采用开路标准件进行开路校准，根据所述开路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M};$

采用短路标准件进行短路校准；根据所述短路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{short}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{shord}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M};$

采用负载标准件进行负载校准，根据所述负载标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$e_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}$

$e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M};$

其中：

Δx=e₀₀e₁₁-e₀₁e₁₀；

Δy=e₃₃e₂₂-e₃₂e₂₃

式中，Г_short为短路标准件的反射系数真实值，为短路标准件在端口一2的反射系数测量值，为短路标准件在端口二3的反射系数测量值，Г_Open为开路标准件的反射系数真实值，为开路标准件在端口一2的反射系数测量值，为开路标准件在端口二3的反射系数测量值，Г_Load为负载标准件的反射系数真实值，为负载标准件在端口一2的反射系数测量值，为负载标准件在端口二3的反射系数测量值，e₀₀为前向测量方向性误差，e₁₁为前向测量源匹配误差、反向测量负载匹配误差，e₂₂为前向测量负载匹配误差、反向测量源匹配误差，e₃₃为反向测量方向性误差，e₀₁为端口一2反向传输项，e₁₀为端口一2反向传输项，e₃₂为端口二3正向传输项，e₂₃为端口二3反向传输项；

根据上述获得的三个方程组联立求解，获得8项误差模型的六个系数值e₀₀、e₁₁、Δx、e₃₃、e₂₂、Δy；

步骤2：利用非线性矢量网络分析仪的直通件进行双端口直通校准，利用下面的校准方程求解比值项e₀₁/e₃₂的值，其中上角标M代表相应S参数的原始测量值；

$\frac{e_{01}}{e_{32}}=\±\sqrt{\frac{S_{12}^M(e_{00}{e}_{11}-\mathrm{\Δx})}{S_{21}^M(e_{33}{e}_{22}-\mathrm{\Δy})}};$

步骤3：非线性矢量网络分析仪在端口一2先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{01}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{11}-a_0\mathrm{\Δx}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{00}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述相位标准件的标称值和实际测量值获得方程：

式中，a₀为功率校准时的入射波测量值,b₀为功率校准时的反射波测量值,为功率计读数，Г_R为相位参考的输出端反射系数，a_R为相位参考的相位真实值；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₀₁的模和辐角；

步骤4：非线性矢量网络分析仪在端口二3先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{32}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{33}-a_0\mathrm{\Δy}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{22}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\mathrm{\φ}\left(e_{32}\right)=\mathrm{\φ}\left(\frac{b_0-b_0{\mathrm{\Γ}}_R{e}_{33}-a_0{e}_{22}+a_0\mathrm{\Δy}{\mathrm{\Γ}}_R}{a_R}\right);$

式中，e₃₂为端口二3正向传输项；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₃₂的模和辐角；

步骤5：根据步骤1至步骤4获得的所有系数确定8项误差模型，实现非线性矢量网络分析仪的校准。

本实施方式所述的非线性矢量网络分析仪双端口校准方法在后续的实测过程中，根据8项误差模型的矢量修正关系式，将非线性矢量网络分析仪的实际测量值a0,b0,a3,b3修正为有效测量值a1,b1,a2,b2；

所述8项误差模型的矢量修正关系式为：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_1=\frac{b_0{e}_{11}-a_0\mathrm{\Δx}}{e_{01}}\\ a_2=\frac{b_3{e}_2-a_3\mathrm{\Δy}}{e_{32}}\\ b_1=\frac{b_0-e_{00}{a}_0}{e_{01}}\\ b_2=\frac{b_3-e_{33}{a}_3}{e_{32}}\end{array}\right..$

本实施方式验证无论是e01/e32模值还是辐角，经典方案和新方案的校准结果能有效地吻合，验证了新校准方案的合理性和有效性，如图4和图5。

上述实施方式一所述的校准方法中，采用开路、短路、负载、功率计和相位参考校准件进行校准最终获得8项误差模型，实现非线性矢量网络分析仪的校准，如图2。

上述本实施方式二所述的校准方法中，采用开路、短路、负载、直通、功率计和相位参考校准件进行校准最终获得8项误差模型，实现非线性矢量网络分析仪的校准，如图3。

采用本发明校准后的非线性矢量网络分析仪双端口进行测量时获得不确定度参见图9所示，从该图可以明显验证，采用本发明所述的校准方法校准后的非线性矢量网络分析仪测量准确性很高。

图6给出来了相位测量的比对结果，从图6中可以看出相位偏差容许门限；在原非线性矢量网络分析仪的校准相位测量比对结果和模值测量比对结果中能看出相位信息吻合理想，模值信息也吻合理想，如图7和图8。

Claims (2)

1.非线性矢量网络分析仪双端口校准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：采用非线性矢量网络分析仪的两个端口分别进行开路、短路和负载校准，采用开路标准件进行开路校准，根据所述开路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$\begin{array}{c}{e}_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}\\ e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M}\end{array};$

采用短路标准件进行短路校准；根据所述短路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$\begin{array}{c}{e}_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{short}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}\\ e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{shord}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M}\end{array};$

采用负载标准件进行负载校准，根据所述负载标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$\begin{array}{c}{e}_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}\\ e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M}\end{array};$

其中：

△x＝e₀₀e₁₁-e₀₁e₁₀

△y＝e₃₃e₂₂-e₃₂e₂₃

式中，Γ_short为短路标准件的反射系数真实值，为短路标准件在端口一(2)的反射系数测量值，为短路标准件在端口二(3)的反射系数测量值，Γ_Open为开路标准件的反射系数真实值，为开路标准件在端口一(2)的反射系数测量值，为开路标准件在端口二(3)的反射系数测量值，Γ_Load为负载标准件的反射系数真实值，为负载标准件在端口一(2)的反射系数测量值，为负载标准件在端口二(3)的反射系数测量值，e₀₀为前向测量方向性误差，e₁₁为前向测量源匹配误差、反向测量负载匹配误差，e₂₂为前向测量负载匹配误差、反向测量源匹配误差，e₃₃为反向测量方向性误差，e₀₁为端口一(2)反向传输项，e₁₀为端口一(2)反向传输项，e₃₂为端口二(3)正向传输项，e₂₃为端口二(3)反向传输项；

根据上述获得的三个方程组联立求解，获得8项误差模型的六个系数值e₀₀、e₁₁、Δx、e₃₃、e₂₂、Δy；

步骤二：非线性矢量网络分析仪在端口一(2)先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{01}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{11}-a_0\mathrm{\Δx}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{00}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述相位标准件的标称值和实际测量值获得方程：

式中，a₀为功率校准时的入射波测量值,b₀为功率校准时的反射波测量值,P_meter为功率计读数，Γ_R为相位参考的输出端反射系数，a_R为相位参考的相位真实值；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₀₁的模和辐角；

步骤三：非线性矢量网络分析仪在端口二(3)先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{32}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{33}-a_0\mathrm{\Δy}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{22}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\mathrm{\φ}\left(e_{32}\right)=\mathrm{\φ}\left(\frac{b_0-b_0{\mathrm{\Γ}}_R{e}_{33}-a_0{e}_{22}+a_0\mathrm{\Δy}{\mathrm{\Γ}}_R}{a_R}\right);$

式中，e₃₂为端口二(3)正向传输项；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₃₂的模和辐角；

步骤四：根据步骤一至步骤三获得的所有系数确定8项误差模型，实现非线性矢量网络分析仪的校准。

2.非线性矢量网络分析仪双端口另一种校准的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：采用非线性矢量网络分析仪的两个端口分别进行开路、短路和负载校准，采用开路标准件进行开路校准，根据所述开路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$\begin{array}{c}{e}_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{1M}\\ e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Open}}^{2M}\end{array};$

采用短路标准件进行短路校准；根据所述短路标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$\begin{array}{c}{e}_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{short}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{1M}\\ e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{shord}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Short}}^{2M}\end{array};$

采用负载标准件进行负载校准，根据所述负载标准件的标称值和实际测量值获得方程组：

$\begin{array}{c}{e}_{00}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}{e}_{11}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δx}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{1M}\\ e_{33}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M}{e}_{22}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}\mathrm{\Δy}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Load}}^{2M}\end{array};$

其中：

△x＝e₀₀e₁₁-e₀₁e₁₀

                  ；

△y＝e₃₃e₂₂-e₃₂e₂₃

式中，Γ_short为短路标准件的反射系数真实值，为短路标准件在端口一(2)的反射系数测量值，为短路标准件在端口二(3)的反射系数测量值，Γ_Open为开路标准件的反射系数真实值，为开路标准件在端口一(2)的反射系数测量值，为开路标准件在端口二(3)的反射系数测量值，Γ_Load为负载标准件的反射系数真实值，为负载标准件在端口一(2)反射系数测量值，为负载标准件在端口二(3)的反射系数测量值，e₀₀为前向测量方向性误差，e₁₁为前向测量源匹配误差、反向测量负载匹配误差，e₂₂为前向测量负载匹配误差、反向测量源匹配误差，e₃₃为反向测量方向性误差，e₀₁为端口一(2)正向传输项，e₁₀为端口二(3)反向传输项，e₃₂为端口一(2)正向传输项，e₂₃为端口二(3)反向传输项；

根据上述获得的三个方程组联立求解，获得8项误差模型的六个系数值e₀₀、e₁₁、Δx、e₃₃、e₂₂、Δy；

步骤2：利用非线性矢量网络分析仪的直通件进行双端口直通校准，利用下面的校准方程求解比值项e₀₁/e₃₂的值，其中上角标M代表相应S参数的原始测量值；

$\frac{e_{01}}{e_{32}}=\±\sqrt{\frac{S_{12}^M(e_{00}{e}_{11}-\mathrm{\Δx})}{S_{21}^M(e_{33}{e}_{33}-\mathrm{\Δy})}};$

步骤3：非线性矢量网络分析仪在端口一(2)先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{01}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{11}-a_0\mathrm{\Δx}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{00}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述相位标准件的标称值和实际测量值获得方程：

式中，a₀为功率校准时的入射波测量值,b₀为功率校准时的反射波测量值,P_meter为功率计读数，Γ_R为相位参考的输出端反射系数，a_R为相位参考的相位真实值；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₀₁的模和辐角；

步骤4：非线性矢量网络分析仪在端口二(3)先后进行功率和相位校准，采用功率标准件进行功率校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\left|e_{32}\right|=\frac{1}{\sqrt{P_{\mathrm{meter}}}}\sqrt{{|b_0{e}_{33}-a_0\mathrm{\Δy}|}^2-{|b_0-a_0{e}_{22}|}^2};$

采用相位标准件进行相位校准，根据所述功率标准件的标称值和实际测量值获得方程：

$\mathrm{\φ}\left(e_{32}\right)=\mathrm{\φ}\left(\frac{b_0-b_0{\mathrm{\Γ}}_R{e}_{33}-a_0{e}_{22}+a_0\mathrm{\Δy}{\mathrm{\Γ}}_R}{a_R}\right);$

式中，e₃₂为端口二(3)正向传输项；

根据上述获得的两个方程联立求解，获得8项误差模型系数e₃₂的模和辐角，通过直通件进行直通校准直接求得直通校准值e01/e32，与通过功率校准件和相位校准件先后进行相位和功率校准求得相位和功率校准值e01/e32，对e01/e32进行比对实现校准结果的自检；

步骤5：根据步骤1至步骤4获得的所有系数确定8项误差模型，实现非线性矢量网络分析仪的校准。