CN103543426B - 一种网络分析仪分波段校准内插补偿方法 - Google Patents
一种网络分析仪分波段校准内插补偿方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种网络分析仪分波段校准内插补偿方法，包括以下步骤:步骤一：保存仪器影响校准效果的当前设置状态；步骤二：进行标准件的测量执行校准；步骤三：计算得到误差系数；步骤四：判断测量状态是否改变，如果是则进入校准内插数据处理流程，生成新的误差系数矩阵；如果否则直接进入步骤五；步骤五：测量被测件，连接被测件，执行测量；步骤六：误差修正，从误差系数矩阵中提取误差系数，根据校准方式不同选择合适的误差模型，通过测量数据和误差系数，求解方程得到被测件的真实值；步骤七：判断是否测量完成，如是结束程序；如否则返回步骤四。采用上述方案，利用合适的插值算法计算非校准点的误差系数，从而完成误差修正。
Description
技术领域
本发明属于测试技术领域，尤其涉及的是一种网络分析仪分波段校准内插补偿方法。
背景技术
矢量网络分析仪相对于其它仪器最复杂、最完备的地方就在于拥有误差修正功能，它应用软件的方法来弥补硬件设计的不足，通过建立合适的误差模型，使用特性已知的校准件完成校准，从而极大地提高了系统的测量精度。
校准是个要求非常严格的过程，甚至连接校准件的力度不同都会影响最终测试精度，一般来说校准后是不允许改变仪器状态的，改变状态后必须重新校准。但是针对某些用户的特殊要求，例如想同时测量不同频段的被测件，同时对测量结果要求不是特别高，但是对测量效率要求很高，不适合多次校准，目前的解决方案是利用相近点的误差系数完成误差修正或者对校准数据进行简单的内插。利用相近点进行误差修正很可能因为相近点跨波段而导致插值错误；而仅考虑校准数据而不考虑引起插值误差的各项因素的简单内插法，也会出现插值结果不理想甚至不正确的情况。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种网络分析仪分波段校准内插补偿方法。
本发明的技术方案如下：
一种网络分析仪分波段校准内插补偿方法,其中,包括以下步骤:
步骤一：保存仪器影响校准效果的当前设置状态，所述当前设置状态为频率和功率；
步骤二：进行标准件的测量执行校准；
步骤三：计算得到误差系数，保存到误差系数矩阵中；
步骤四：判断测量状态是否改变，如果是则进入校准内插数据处理流程；如果否则进入步骤五；
步骤五：测量被测件，连接被测件，执行测量；
步骤六：误差修正，从误差系数矩阵中提取误差系数，根据校准方式不同选择合适的误差模型，通过测量数据和误差系数，求解方程得到被测件的真实值；
步骤七：判断是否测量完成，如是结束程序；如否则返回步骤四。
所述的网络分析仪分波段校准内插补偿方法,其中,所述步骤四中，校准内插数据处理流程的具体步骤为：
步骤401：提取原始误差系数，将实际校准状态下的真实误差系数提取出来；
步骤402：将复数误差系数转换为幅度数据及相位数据；
步骤403：将相位数据转换为反折叠线性相位数据；
步骤404：分波段执行幅度数据、相位数据的内插，插值算法选取拉格朗日算法，根据当前实际测量状态执行内插，得到所有测量点的误差系数；
步骤405：将幅度、相位数据重新转换成复数数据，生成新的误差系数，回传误差系数矩阵。
所述的网络分析仪分波段校准内插补偿方法,其中,所述步骤401中，原始误差系数为复数。
所述的网络分析仪分波段校准内插补偿方法,其中,所述步骤404中，分波段执行幅度数据、相位数据的内插时，不做跨波段内插。
采用上述校准内插的实现方案比较适合矢量网络分析仪的测量特点，所以插值效果比较理想,利用合适的插值算法计算非校准点的误差系数，从而完成误差修正。本发明操作非常简单，可以把整个算法嵌入到矢量网路分析仪主机软件内，也可以在仪器外部利用程控的方式实现，实用性、扩展性非常好。
附图说明
图1为本发明内插补偿方法的流程图。
图2为本发明校准内插数据处理流程图。
图3为不同方式内插效果示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
图1是本发明矢量网络分析仪测量过程流程图。
矢量网络分析仪的整个测量过程大体可以分为以下几个步骤：
首先开始，启动程序运行；
步骤一：保存仪器当前设置状态，这里主要保存影响校准效果的诸如频率、功率等仪器当前设置状态；
步骤二：执行校准，矢量网络分析仪的校准主要包括机械校准、电校准两种校准模式，同时还可以细分为SOLT、TRL等多种校准方式，主要过程就是进行标准件的测量；
步骤三：利用矢量网络分析仪的固化程序完成方程组的求解，最终得到误差系数，保存到误差系数矩阵中；
步骤四：判断校准状态是否改变，在正式测量前要监测系统的状态变化，如果矢量网络分析仪的当前状态和保存的仪器状态不一致了，就要进入校准内插流程。主要操作就是从误差系数矩阵中提取原始误差系数，使用合适的插值算法，生成新的误差系数，回传到误差系数矩阵中；
步骤五：测量被测件，连接被测件，执行测量；
步骤六：误差修正，从误差系数矩阵中提取误差系数，根据校准方式不同选择合适的误差模型，通过测量数据和误差系数，求解方程得到被测件的真实响应；
步骤七：判断是否测量完成，测量完成结束程序；测量未完成回到步骤四继续测量。
本发明主要针对步骤四中校准内插执行方法，首先解释下校准内插的概念，矢量网络分析仪属于扫频测量仪器，假设我们在起始频率1GHz、终止频率2GHz、扫描点数为101点的状态下执行的校准，如果将扫描点数改为201点，那么将会有100个点的频率是新增加的频率，没有对应的误差系数，这时就要利用合适的插值算法，从已有的101点数据中扩展出201点的误差系数矩阵。
图2是本发明执行矢量网络分析仪校准内插数据处理流程图。
具体介绍本发明中内插的实现方法时需处理的几个问题。
曲线拟合的方法很多，经过大量试验、分析，我们确定拉格朗日插值算法最适合矢量网络分析仪的校准内插，得到的校准结果最理想，因此我们采用拉格朗日插值算法作为校准内插的处理方法。拉格朗日插值算法的具体实现在很多资料上都有介绍，在此不再赘述。
在选择了矢量网络分析仪校准内插算法后，还有几点需要注意：
（1）矢量网络分析仪的测量数据是复数，相应的误差系数也是复数，包含实部、虚部，而目前的各种插值算法很难对复数进行插值，所以需要分离成实数进行插值运算。这里采用的是幅度、相位插值方法，需要将复数数据转化为幅度、相位进行插值。
（2）针对相位的插值有一点要特别注意，通常矢量网络分析仪的相位处理一般规定在-180度到180度区间，如果按这种方式处理，很容易出现相位的跳变点，给插值造成大的误差，所以在对相位插值前，要把相位转成非折叠线性相位。举例来说，如果两个已知频率点f1和f2的相位分别是-90度和+90度，那么中心点(f1+f2)/2的相位就会引起奇异，到底是0度还是180度呢，如果使用了非折叠线性相位，相位的变化方向是固定的，就不会产生插值的困惑。所谓线性相位，就是不把相位限制在一个周期内，不规定在-180度到+180度，也不规定在0度到360度，而是按照相位的变化趋势线性累加，也就是任意相邻两点间相位差不会大于180度。
（3）由于矢量网络分析仪本身特殊技术要求，很难实现在全频段上的连续扫描，一般都需要换带处理，特别是频率跨度比较大的矢量网络分析仪，更是可能存在几十个换带点。在换带点处，由于波段切换，导致整个硬件通道发生变化，使得系统的特性产生了很大跳变，这也引起在换带点处两个波段的误差系数出现明显差异。因此，校准内插不适合在整个频段内连续操作，否则会在换带点附近出现较大误差，所以我们的内插计算限制在波段内进行，这样可以取得比较好的插值效果。
综合起来，如图2所示,本发明的校准内插执行过程可以分为以下几步：
步骤401：提取原始误差系数，将实际校准状态下的真实误差系数提取出来；
步骤402：将复数误差系数转换为幅度、相位数据；
步骤403：将相位数据进行反折叠线性化处理，形成线性相位数据；
步骤404分波段执行幅度、相位内插，插值算法选取拉格朗日算法。根据当前实际测量状态执行内插，得到所有测量点的误差系数；
步骤405：将幅度、相位数据重新转换成复数数据，生成新的误差系数，回传误差系数矩阵，完成后续的误差修正。
图3表示对于复数采用不同方式插值的具体效果。
对于复数的插值，是针对实部、虚部直接插值还是转化为幅度、相位进行插值更合适呢？图3清晰给出了两种插值方法得到的具体结果，假设A、B两点是实际校准得到的真实误差系数，并且A点频率为f1，B点频率为f2，我们分别用符号表示为Af1和Bf2，现在要求f=(f1+f2)/2点处的误差系数，如果使用幅度、相位插值，我们得到的结果是Cf；如果使用实部、虚部插值，我们得到的结果是Df。从中我们可以清楚的看到，使用幅度、相位进行插值效果更好，得到的数据更准确，因此，我们采用的是幅度、相位插值方法。
实施例2
在上述实施例的基础上,进一步,本发明的一种网络分析仪分波段校准内插补偿方法,其中,包括以下步骤:
步骤一：保存仪器影响校准效果的当前设置状态，所述当前设置状态为频率和功率；
步骤二：进行标准件的测量执行校准；
步骤三：计算得到误差系数，保存到误差系数矩阵中；
步骤四：判断测量状态是否改变，如果是则进入校准内插数据处理流程；如果否则进入步骤五；
步骤五：测量被测件，连接被测件，执行测量；
步骤六：误差修正，从误差系数矩阵中提取误差系数，根据校准方式不同选择合适的误差模型，通过测量数据和误差系数，求解方程得到被测件的真实值；
步骤七：判断是否测量完成，如是结束程序；如否则返回步骤四。
进一步而言,所述步骤四中，校准内插数据处理流程的具体步骤为：
步骤401：提取原始误差系数，将实际校准状态下的真实误差系数提取出来；
步骤402：将复数误差系数转换为幅度数据及相位数据；
步骤403：将相位数据转换为反折叠线性相位数据；
步骤404：分波段执行幅度数据、相位数据的内插，插值算法选取拉格朗日算法，根据当前实际测量状态执行内插，得到所有测量点的误差系数；
步骤405：将幅度、相位数据重新转换成复数数据，生成新的误差系数，回传误差系数矩阵。
进一步而言,所述步骤401中，原始误差系数为复数。
进一步而言,所述步骤404中，分波段执行幅度数据、相位数据的内插时，不做跨波段内插。
采用上述校准内插的实现方案比较适合矢量网络分析仪的测量特点，所以插值效果比较理想,利用合适的插值算法计算非校准点的误差系数，从而完成误差修正。本发明操作非常简单，可以把整个算法嵌入到矢量网路分析仪主机软件内，也可以在仪器外部利用程控的方式实现，实用性、扩展性非常好。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种网络分析仪分波段校准内插补偿方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤一：保存仪器影响校准效果的当前设置状态，所述当前设置状态为频率和功率；
步骤二：进行标准件的测量执行校准；
步骤三：计算得到误差系数，保存到误差系数矩阵中；
步骤四：判断测量状态是否改变，如果是则进入校准内插数据处理流程；如果否则进入步骤五；
步骤五：测量被测件，连接被测件，执行测量；
步骤六：误差修正，从误差系数矩阵中提取误差系数，根据校准方式不同选择合适的误差模型，通过测量数据和误差系数，求解方程得到被测件的真实值；
步骤七：判断是否测量完成，如是结束程序；如否则返回步骤四；
所述步骤四中，校准内插数据处理流程的具体步骤为：
步骤401：提取原始误差系数，将实际校准状态下的真实误差系数提取出来；
步骤402：将复数误差系数转换为幅度数据及相位数据；
步骤403：将相位数据转换为反折叠线性相位数据；
步骤404：分波段执行幅度数据、相位数据的内插，插值算法选取拉格朗日算法，根据当前实际测量状态执行内插，得到所有测量点的误差系数；
步骤405：将幅度、相位数据重新转换成复数数据，生成新的误差系数，回传误差系数矩阵；
所述步骤401中，原始误差系数为复数，所述步骤404中，分波段执行幅度数据、相位数据的内插时，不做跨波段内插。
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