CN112051534A - 一种提高微波网络测量与校准精度的外置式装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高微波网络测量与校准精度的外置式装置及方法，装置包括控制电路和校准数据存储单元、温度检测电路、定向耦合电桥单元、宽带微波电子同步开关单元和自动单端口电子校准单元；控制电路和校准数据存储单元分别与温度检测电路、宽带微波电子同步开关单元和自动单端口电子校准单元相连。定向耦合电桥单元与宽带微波电子同步开关单元相连，宽带微波电子同步开关单元与自动单端口电子校准单元及测试端口相连。本发明可根据测量需要实时消除或减小矢量网络分析仪在测试过程中，测试电缆或者其它中间设备等组成测试通道的部件由于温度漂移以及重复连接等因素引起的测量误差，是提升矢量网络分析仪测量精度的一种有效手段。

Description

一种提高微波网络测量与校准精度的外置式装置及方法

技术领域

本发明涉及微波测试技术领域，具体涉及一种适用于矢量网络分析仪的提高微波网络测量与校准精度的外置式装置及方法。

背景技术

矢量网络分析仪是微波网络参数测试的主要仪器，先通过校准件校准后才能对被测件进行测试。测量误差的来源主要有三个方面：分别是系统误差、漂移误差和随机误差。

被测件的实测数据是由四方面构成：被测器件真实参数+系统误差+漂移误差+随机误差。系统误差通过校准件校准实现移除，漂移误差依赖硬件自身固有温漂特性和环境条件，去除比较困难。比如，矢量网络分析仪测试端口连接的测量电缆都会有不同程度的温度漂移特性，用户测量过程中外部测试电缆的随机移动会降低校准后测量的精度；另外仪器本身校准后内部特性随温度的漂移也会产生漂移误差。

不同的仪器硬件构成会造成不同的漂移误差，而且即使同类型但不同生产批次也可能会有不同的温度特性，并且受仪器所处的环境温度具体情况影响比较大，这就是现有技术方案面临的现状。现有技术方案存在的问题如下：

矢量网络分析仪单台主机通过端口连接一对测试电缆，在测试电缆测量端口使用校准件进行校准(定义该处为测量和系统误差校准的参考面)，校准通过使用校准件在校准面处移除网络分析仪系统校误差，而后将获取的校准数据在后续测量过程中进行误差修正。一次校准只产生一组校准数据，一旦系统校准完成后，漂移误差以及电缆使用过程弯曲形变引起的随机误差的存在会导致原校准和测量精度的降低，特别是随着时间和温度等因素的变化，会对原始校准和测量精度影响更大。

为降低这类误差给测量与校准带来的不利影响，现有的方式是多次使用校准件进行手动重新校准，通过多组校准数据分别进行误差修正：用户测试过程中如果观测到漂移误差或者随机误差很大时，就必需停止测试，然后把被测件拆下来，在校准面重新使用校准件进行校准，校准后再重新把被测件安装后再进行测试，从而消除和减小漂移误差以及外部测试电缆活动造成的误差。但是这样的方式不仅费时费力、效率较低，而且多次的人工拆装和操作必然引入人为干预以及重复性等不可控因素，校准效果不理想。

另外，存在测量过程人工(手动方式)无法进行干预的情况(如被测件在真空或者密闭实验箱中进行环境试验时无法进行人工校准操作)，无法实现手动重新校准，很难停下来进行重新校准，随着时间的增长，测试系统由于温度漂移引起的误差是逐渐积累的，因此会严重影响测试精度。这些都严重制约着微波网络实现高精度校准与测量。

而且很多使用情况下，用户迫于测试时间限制，对于校准后的漂移误差和随机误差不做重新修正，因此降低了测量精度，测量精度只能依赖于外接测试电缆本身的特性以及环境温度等因素。

总之，使用传统的方法对矢量网络分析仪校准后，使用过程中整个测量系统往往会发生状态变化，包括外接测试电缆弯曲、适配器以及整个测量系统的温度变化引起的硬件特性改变，这些变化会直接叠加在测量数据上，影响测量的精度。传统的方法只能依靠人工重新校准和拆装的方法，而且在一些场合也无法实施。

发明内容

针对现有技术中存在的影响测量精度等问题，本发明的第一目的是提供了一种提高微波网络测量与校准精度的外置式装置。

本发明采用以下的技术方案：

一种提高微波网络测量与校准精度的外置式装置，包括控制电路和校准数据存储单元、温度检测电路、定向耦合电桥单元、宽带微波电子同步开关单元和自动单端口电子校准单元；

控制电路和校准数据存储单元分别与温度检测电路、宽带微波电子同步开关单元和自动单端口电子校准单元相连；

定向耦合电桥单元与宽带微波电子同步开关单元相连，宽带微波电子同步开关单元与自动单端口电子校准单元相连，宽带微波电子同步开关单元连接有测试端口。

优选地，所述定向耦合电桥单元包括定向耦合电桥电路，定向耦合电桥电路设置有耦合输入端口和耦合输出端口；

所述宽带微波电子同步开关单元包括双刀双掷同步开关，双刀双掷同步开关包括第一动端、第二动端、第一不动端、第二不动端和第三不动端，第二不动端和第三不动端均连接有吸收负载，第一不动端与定向耦合电桥电路相连，第一动端与测试端口相连，第二动端与自动单端口电子校准单元相连；

所述自动单端口电子校准单元包括三选一的电子开关，三选一的电子开关包括第三动端、第四不动端、第五不动端和第六不动端，第四不动端连接有开路器，第五不动端连接有短路器，第六不动端连接有负载电路，第三动端与第二动端相连；

控制电路和校准数据存储单元包括控制电路和校准数据存储器，控制电路与双刀双掷同步开关和三选一的电子开关电连接，控制电路控制双刀双掷同步开关和三选一的电子开关完成开关切换；

校准数据存储器存储有不同温度下的开路器、短路器和负载电路的标准参数数据，双刀双掷同步开关至测试端口对应的不同温度下S参数数据，校准数据存储器能储存校准后的校准数据文件；

温度检测电路能检测开路器、短路器和负载电路的温度值，并送至控制电路处理。

本发明的第二目的是提供了一种提高微波网络测量与校准精度的方法。

一种提高微波网络测量与校准精度的方法，采用如上所述的一种提高微波网络测量与校准精度的外置式装置，外置式装置有两个，两个外置式装置分别为第一外置装置和第二外置装置，第一外置装置和第二外置装置均与矢量网络分析仪连接，具体连接结构为：

矢量网络分析仪上设置有第一端口和第二端口，矢量网络分析仪内有第一接收机和第二接收机，第一端口通过第一测试电缆与第一外置装置的耦合输入端口连接，第一接收机通过第一柔性射频电缆与第一外置装置的耦合输出端口连接；第二端口通过第二测试电缆与第二外置装置的耦合输入端口连接，第二接收机通过第二柔性射频电缆与第二外置装置的耦合输出端口连接；第一外置装置的控制电路和校准数据存储单元及第二外置装置的控制电路和校准数据存储单元均与矢量网络分析仪的总线相连；

方法包括以下步骤：

步骤1：利用第一外置装置进行反射校准；

步骤2：利用第二外置装置进行反射校准；

步骤3：第一外置装置和第二外置装置连接进行直通校准；

步骤4：形成误差数据并存储，将被测件连接到第一外置装置的测试端口和第二外置装置的测试端口之间，对被测件测量，利用误差数据完成测量数据修正；

步骤5：当测量过程中观测到漂移误差或者随机误差变大，则进行重新自动校准，形成新的误差数据并存储，展开被测件测量时，利用新误差数据完成测量数据修正。

优选地，步骤1具体包括：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关连通第一端口，激励信号从第一端口经过第一测试电缆进入第一外置装置的定向耦合电桥单元，激励信号经过定向耦合电桥单元传输至宽带微波同步电子开关单元；

控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第二动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与自动单端口电子校准单元接通，激励信号进入自动单端口电子校准单元，自动单端口电子校准单元的三选一的电子开关在控制电路和校准数据存储单元的控制下，依次切换连通开路器、短路器和负载电路，获取这三个标准件通路的反射信号，反射信号再反向传输至定向耦合电桥单元进行定向耦合，再经耦合输出端口和第一柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第一接收机，完成三种标准反射信号的提取，第一外置装置反射校准完成；

步骤2具体包括：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关连通第二端口，激励信号从第二端口经过第二测试电缆进入第二外置装置的定向耦合电桥单元，激励信号经过定向耦合电桥单元传输至宽带微波同步电子开关单元；

控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第二动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与自动单端口电子校准单元接通，激励信号进入自动单端口电子校准单元，自动单端口电子校准单元的三选一的电子开关在控制电路和校准数据存储单元的控制下，依次切换连通开路器、短路器和负载电路，获取这三个标准件通路的反射信号，反射信号再反向传输至定向耦合电桥单元进行定向耦合，再经耦合输出端口和第二柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第二接收机，完成三种标准反射信号的提取，第二外置装置反射校准完成。

优选地，步骤3具体包括：

第一外置装置的测试端口和第二外置装置的测试端口连接，进行直通校准，直通校准分为正向传输校准和反向传输校准；

正向传输校准：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关连通第一端口，激励信号从第一端口经过第一测试电缆进入第一外置装置的定向耦合电桥单元，激励信号经过定向耦合电桥单元传输至宽带微波同步电子开关单元；

控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号经第一外置装置的测试端口和第二外置装置的测试端口进入第二外置装置中，在第二外置装置内，控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号进入第二外置装置的定向耦合电桥单元进行定向耦合产生耦合信号，耦合信号经过耦合输出端口和第二柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第二接收机，完成正向传输校准；

反向传输校准：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关连通第二端口，激励信号从第二端口经过第二测试电缆进入第二外置装置的定向耦合电桥单元，激励信号经过定向耦合电桥单元传输至宽带微波同步电子开关单元；

控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号经第二外置装置的测试端口和第一外置装置的测试端口进入第一外置装置中，在第一外置装置内，控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号进入第一外置装置的定向耦合电桥单元进行定向耦合产生耦合信号，耦合信号经过耦合输出端口和第一柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第一接收机，完成反向传输校准。

优选地，步骤5的重新自动校准为：

步骤a：重新利用第一外置装置进行反射校准；

步骤b：重新利用第二外置装置进行反射校准；

步骤c：调用步骤3完成的直通校准数据，形成新的误差数据。

本发明具有的有益效果是：

1、解决了由于传统方式一次只能获取一组校准数据，对于漂移误差导致的系统误差发生变化时无法通过实时获取相应的校准数据实现有效修正而长期困扰实际应用的难题，有效提高测量与校准精度。

2、解决了采用传统方式多次使用校准件进行校准所存在的费时费力、效率较低问题，以及多次人工拆装和操作所引入人为干预以及重复性等不可控因素导致校准效果不理想的问题，测量过程中无需人为干预就可以实现校准面和测试面始终保持在同一端面以及基于此的自动实时校准与误差修正。本发明的方法还适用于测量过程人工无法进行干预的情况(如被测件在试验箱中进行环境试验时无法进行人工校准操作)，是面向实际应用需求、解决传统方式无法实现复杂条件下高精度校准与测量这一瓶颈问题的重要创新。

采用本发明提供的方法和装置，使得矢量网络分析仪外配本发明装置安装在测试电缆末端，在完成初始校准过程后，后续可实现在被测件测量过程中可自动重新校准，从而在被测件不需要重新拆下的情况下实现重复校准，去除或者有效减小传统矢量网络分析仪测试方法中外配测试电缆、适配器或者其他中间设备由于温度漂移以及重复连接等因素引起的测量误差；由于该方法是把测量参考面之前包括主机和测试电缆形成的漂移或形变引起的网络参数误差项变化快速重新自动校准，所以也可以有效减小主机内部射频测试装置引起的漂移误差，因此是一种可以快速提升矢量网络分析仪测量精度的有效手段。一方面实现了重新校准的快速自动化，使得用户可以在极端的时间内就完成重新校准，不但消除或减小了上述误差提高了测量精度而且提高了效率；二是校准是在被测件在线测试(不用重新拆下)的情况下就可完成，测试电缆等附件在校准过程中无需移动，相对于传统模式(重新拆装、重新手动校准过程中测试电缆需要反复移动、校准件需要反复重新安装和连接)，减少了校准过程中的不确定性，从而提高了测量精度；三是一旦初始校准完成，测量过程中可随时重新自动校准，使用户可以在短时间内反复自动校准，这进一步减少了漂移误差的积累时间，从而从另一方面提高了精度，这是传统矢量网络分析仪测试方法中无法做到的。

3、本装置是安装在矢量网络分析仪外接测试电缆的末端使用，因为内置定向耦合电桥单元，因此可以有效避免传统测量方法中由于测试电缆的损耗造成的整机方向性指标降低的现象，从而增强了网络参数的测量精度，这都是传统方法的所不具备的。因为在传统测量方法中，由于外配的测试电缆是在整机定向耦合器的后面，测试系统的原始方向性就会损失2倍的电缆插损值的大小，从而减弱了测试系统反射系数的测量能力，并且也会减弱测量系统的稳定性指标。

4、本发明装置中设置了温度检测电路和控制电路和校准数据存储单元，无论是初始校准过程还是实际被测件测量中重新自动校准修正过程，本装置都可以先探测温度，根据温度调用校准数据存储单元中不同温度下的校准件(开路器、短路器、负载电路)标准参数数据以及双刀双掷同步开关至测试端口的S参数数据，供矢量网络分析仪校准时调用，保证了模块的校准数据准确性，从而避免了长时间工作或者不同温度环境本发明装置自身温度漂移造成的特性变化影响，从而进一步提升了测量精度。

附图说明

图1为本发明外置式装置的原理图。

图2为本发明方法中各个装置的连接原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

实施例1

结合图1，一种提高微波网络测量与校准精度的外置式装置，包括控制电路和校准数据存储单元、温度检测电路、定向耦合电桥单元、宽带微波电子同步开关单元和自动单端口电子校准单元。

控制电路和校准数据存储单元分别与温度检测电路、宽带微波电子同步开关单元和自动单端口电子校准单元相连。

定向耦合电桥单元与宽带微波电子同步开关单元相连，宽带微波电子同步开关单元与自动单端口电子校准单元相连，宽带微波电子同步开关单元连接有测试端口。

定向耦合电桥单元包括定向耦合电桥电路，定向耦合电桥电路工作频率范围300KHz～26.5GHz，定向耦合电桥电路设置有耦合输入端口和耦合输出端口。

宽带微波电子同步开关单元包括双刀双掷同步开关K1，双刀双掷同步开关包括第一动端1、第二动端2、第一不动端3、第二不动端4和第三不动端5，第二不动端4和第三不动端5均连接有吸收负载，第一不动端3与定向耦合电桥电路相连，第一动端与测试端口相连，第二动端与自动单端口电子校准单元相连。

当第一动端与第二不动端连接、第二动端与第一不动端连接时，定向耦合电桥单元会与自动单端口电子校准单元相连。

当第一动端与第一不动端连接、第二动端与第三不动端连接时，定向耦合电桥单元会与测试端口相连。

自动单端口电子校准单元包括三选一的电子开关K2，三选一的电子开关包括第三动端6、第四不动端7、第五不动端8和第六不动端9，第四不动端7连接有开路器，第五不动端8连接有短路器，第六不动端9连接有负载电路，第三动端6与双刀双掷同步开关的第二动端2相连。

控制电路和校准数据存储单元包括控制电路和校准数据存储器，控制电路与双刀双掷同步开关和三选一的电子开关电连接，控制电路控制双刀双掷同步开关和三选一的电子开关完成开关切换。

校准数据存储器存储有不同温度下的开路器、短路器和负载电路的标准参数数据，双刀双掷同步开关至测试端口对应的不同温度下S参数数据，供矢量网络分析仪校准和数据处理时调用。校准数据存储器能储存校准后的校准数据文件。

温度检测电路能检测开路器、短路器和负载电路的温度值，并送至控制电路处理。

定向耦合电桥单元：一方面把来自外部的矢量网络分析仪产生的射频激励信号通过耦合输入端口进入定向耦合电桥电路，定向耦合电桥电路将激励信号输送至下一级的宽带微波电子同步开关单元(配合双刀双掷同步开关K1)，从而起到微波激励信号输入接口的作用；另一方面，定向耦合电桥电路可以耦合来自被测件的反射测量信号或者反向传输测量信号，从耦合输出端实现输出(配合双刀双掷同步开关K1)，并经测试电缆(柔性射频电缆)返回到矢量网络主机的接收机输入接口，从而实现了激励信号和测量信号的分离作用。

双刀双掷同步开关K1主要实现定向耦合电桥单元的主路输出端到测试端口与自动单端口电子校准单元之间的通道切换功能。由于采用负载吸收方式，当开关K1把定向耦合电桥单元的主路和后级电路的某一通道接通时，另一通道则自动切换到开关内部的吸收负载上，从而起到端接和隔离作用。

自动单端口电子校准单元主要完成反射特性校准功能，当本单元和矢量网络分析仪外接使用时，本单元是完成微波网络参数自动校准的功能执行机构。开路器、短路器以及负载电路的标准数据存储在控制电路和校准数据存储单元中，根据本单元的功能设定，本发明外置式装置可以和外部矢量网络分析仪主机一起实现单端口反射特性校准功能。

外置式装置和矢量网络分析仪通过稳幅稳相测试电缆连接使用，有效减小矢量网络分析仪测试过程中测试电缆、或者其他中间设备等组成的外部测试通道部件由于温度漂移以及重复连接等因素引起的测量误差，也可以有效减小主机内部射频测试装置引起的漂移误差，是一种可以快速提升矢量网络分析仪测量精度的一种有效手段。

实施例2

结合图2，一种提高微波网络测量与校准精度的方法，采用实施例1所述的一种提高微波网络测量与校准精度的外置式装置，外置式装置有两个，两个外置式装置分别为第一外置装置和第二外置装置，第一外置装置和第二外置装置均与矢量网络分析仪连接，可以进行全双端口校准和测量功能，具体连接结构为：

矢量网络分析仪上设置有第一端口和第二端口，矢量网络分析仪内有第一接收机A和第二接收机B，第一端口通过第一测试电缆W₁与第一外置装置的耦合输入端口连接，第一接收机A通过第一柔性射频电缆W_A与第一外置装置的耦合输出端口连接；第二端口通过第二测试电缆W₂与第二外置装置的耦合输入端口连接，第二接收机通过第二柔性射频电缆W_B与第二外置装置的耦合输出端口连接。

第一外置装置的控制电路和校准数据存储单元及第二外置装置的控制电路和校准数据存储单元均与矢量网络分析仪的总线相连。

方法包括以下步骤：

步骤1：利用第一外置装置进行反射校准；

具体包括：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关K₀连通第一端口，激励信号从第一端口经过第一测试电缆进入第一外置装置的定向耦合电桥单元，激励信号经过定向耦合电桥单元传输至宽带微波同步电子开关单元。

在这之前，控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第二动端2与第一不动端3相连，从而将定向耦合电桥单元与自动单端口电子校准单元接通。激励信号进入自动单端口电子校准单元，自动单端口电子校准单元的三选一的电子开关在控制电路和校准数据存储单元的控制下，依次切换连通开路器、短路器和负载电路，获取这三个标准件通路的反射信号，反射信号再反向传输至定向耦合电桥单元进行定向耦合，再经耦合输出端口和第一柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第一接收机，完成三种标准反射信号的提取，第一外置装置反射校准完成；

定向耦合电桥单元把来自电子校准单元的反射信号或者来自测试端口的反向传输测量信号进行定向耦合，通过定向耦合功能实现激励信号和测量信号的分离提取，把耦合的信号由耦合输出端口完成输出，通过第一柔性射频电缆W_A传输至矢量网络分析仪的第一接收机A。这样的设计，能够使矢量网络分析仪端口即使连接很长的电缆，也不会因通道插损过大而牺牲仪器的端口方向性性能，从而能够保持反射测量的精度。

步骤2：利用第二外置装置进行反射校准；

第二外置装置的反射校准与步骤1完全类似。

具体包括：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关连通第二端口，激励信号从第二端口经过第二测试电缆进入第二外置装置的定向耦合电桥单元，激励信号经过定向耦合电桥单元传输至宽带微波同步电子开关单元；

控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波电子同步开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第二动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与自动单端口电子校准单元接通，激励信号进入自动单端口电子校准单元，自动单端口电子校准单元的三选一的电子开关在控制电路和校准数据存储单元的控制下，依次切换连通开路器、短路器和负载电路，获取这三个标准件通路的反射信号，反射信号再反向传输至定向耦合电桥单元进行定向耦合，再经耦合输出端口和第二柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第二接收机，完成三种标准反射信号的提取，第二外置装置反射校准完成。

步骤3：第一外置装置和第二外置装置连接进行直通校准；

具体包括：

第一外置装置的测试端口和第二外置装置的测试端口连接，进行直通校准，直通校准分为正向传输校准和反向传输校准；

正向传输校准：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关连通第一端口，激励信号从第一端口经过第一测试电缆进入第一外置装置的定向耦合电桥单元。

控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号经第一外置装置的测试端口和第二外置装置的测试端口进入第二外置装置中，在第二外置装置内，控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端1与第一不动端3相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号进入第二外置装置的定向耦合电桥单元进行定向耦合产生耦合信号，耦合信号经过耦合输出端口和第二柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第二接收机，完成正向传输校准；

反向传输校准：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关连通第二端口，激励信号从第二端口经过第二测试电缆进入第二外置装置的定向耦合电桥单元，激励信号经过定向耦合电桥单元传输至宽带微波同步电子开关单元；

控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号经第二外置装置的测试端口和第一外置装置的测试端口进入第一外置装置中，在第一外置装置内，控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号进入第一外置装置的定向耦合电桥单元进行定向耦合产生耦合信号，耦合信号经过耦合输出端口和第一柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第一接收机，完成反向传输校准。

步骤4：形成误差数据并存储，将被测件连接到第一外置装置的测试端口和第二外置装置的测试端口之间，对被测件测量，利用误差数据完成测量数据修正；

步骤5：当测量过程中观测到漂移误差或者随机误差变大，则进行重新自动校准，形成新的误差数据并存储，展开被测件测量时，利用新误差数据完成测量数据修正。

矢量网络分析仪在被测件的测量过程中，特别是长时间工作情况下，针对外接测试附件(如电缆、适配器等)的漂移和移动形变等因素引起的误差可实现自动重新校准，相当于把校准面之前由于测试电缆、适配器等引起的温度漂移或者形变误差都作为适配误差通过自动重新校准和修正，从而消除了实际测量过程中漂移和移动形变等因素引起的误差积累。此后在测量过程中可以根据环境、状态等条件的变化或由用户设定时限使用本发明方法进行实时或定时的校准，将获取的校准数据与初始获取的校准数据自动进行对比以判定是否需要刷新校准数据对测量结果进行处理。

在被测件不需要重新拆下的情况下，重新自动校准修正步骤包括：

步骤a：重新利用第一外置装置进行反射校准；

步骤b：重新利用第二外置装置进行反射校准；

步骤c：调用步骤3完成的直通校准数据，形成新的误差数据。

校准数据存储器的功能：要确保本发明实现的实时校准的参考面和对被测件的测试面在同一端面，校准数据存储器一部分单元存储有自动单端口电子校准单元的短路器、开路器和负载通路对应不同温度下的标准数据；另一部分存储有开关K1至测试端口对应不同温度下的S参数数据；还存储实时进行校准后的校准数据文件。本发明可根据装置自身工作温度的不同，自动调用不同温度下校准标准的特性数据进行重新自动校准，消除了本发明装置由于自身的温度变化引起的特性变化影响，提高了校准和测量的准确性；在自动校准时，温度检测电路首先检测装置的工作温度，然后把温度数据发送给控制电路和校准数据存储单元，校准数据存储器中存储有不同温度下的校准件(开路、短路、负载电路)标准参数数据以及开关K1至测试端口的S参数数据，供矢量网络分析仪校准时根据温度数据调用，保证了校准数据的准确性不受模块本身温度变化的影响。

本发明可实现被测件测量过程中随时自动重新校准，从而在被测件不需要重新拆下和手动重新校准后再次安装的情况下实现重复在线校准，可去除或者有效减小矢量网络分析仪测试过程中外配测试电缆、适配器或者其他中间设备等组成的外部测试通道部件由于温度漂移以及重复连接等因素引起的测量误差，也可以有效减小主机内部射频测试装置引起的漂移误差，是一种可以快速提升矢量网络分析仪测量精度的有效手段。一方面实现了重新校准的快速自动化，使得用户可以在极端的时间内就完成重新校准，不但消除或减小了上述误差提高了测量精度而且提高了效率；二是校准是在被测件在线测试(不用重新拆下)的情况下就可完成，测试电缆等附件在校准过程中无需移动，相对于传统模式(重新拆装、重新手动校准过程中测试电缆需要反复移动、校准件需要反复重新安装和连接)，减少了校准过程中的不确定性，从而提高了测量精度；三是一旦初始校准完成，测量过程中可随时重新自动校准，使用户可以在短时间内重复自动校准，进一步减少了漂移误差的积累时间，从而从另一方面提高了精度。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种提高微波网络测量与校准精度的外置式装置，其特征在于，包括控制电路和校准数据存储单元、温度检测电路、定向耦合电桥单元、宽带微波电子同步开关单元和自动单端口电子校准单元；

控制电路和校准数据存储单元分别与温度检测电路、宽带微波电子同步开关单元和自动单端口电子校准单元相连；

定向耦合电桥单元与宽带微波电子同步开关单元相连，宽带微波电子同步开关单元与自动单端口电子校准单元相连，宽带微波电子同步开关单元连接有测试端口。

2.根据权利要求1所述的一种提高微波网络测量与校准精度的外置式装置，其特征在于，所述定向耦合电桥单元包括定向耦合电桥电路，定向耦合电桥电路设置有耦合输入端口和耦合输出端口；

所述宽带微波电子同步开关单元包括双刀双掷同步开关，双刀双掷同步开关包括第一动端、第二动端、第一不动端、第二不动端和第三不动端，第二不动端和第三不动端均连接有吸收负载，第一不动端与定向耦合电桥电路相连，第一动端与测试端口相连，第二动端与自动单端口电子校准单元相连；

所述自动单端口电子校准单元包括三选一的电子开关，三选一的电子开关包括第三动端、第四不动端、第五不动端和第六不动端，第四不动端连接有开路器，第五不动端连接有短路器，第六不动端连接有负载电路，第三动端与第二动端相连；

控制电路和校准数据存储单元包括控制电路和校准数据存储器，控制电路与双刀双掷同步开关和三选一的电子开关电连接，控制电路控制双刀双掷同步开关和三选一的电子开关完成开关切换；

校准数据存储器存储有不同温度下的开路器、短路器和负载电路的标准参数数据，双刀双掷同步开关至测试端口对应的不同温度下S参数数据，校准数据存储器能储存校准后的校准数据文件；

温度检测电路能检测开路器、短路器和负载电路的温度值，并送至控制电路处理。

3.一种提高微波网络测量与校准精度的方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的一种提高微波网络测量与校准精度的外置式装置，外置式装置有两个，两个外置式装置分别为第一外置装置和第二外置装置，第一外置装置和第二外置装置均与矢量网络分析仪连接，具体连接结构为：

矢量网络分析仪上设置有第一端口和第二端口，矢量网络分析仪内有第一接收机和第二接收机，第一端口通过第一测试电缆与第一外置装置的耦合输入端口连接，第一接收机通过第一柔性射频电缆与第一外置装置的耦合输出端口连接；第二端口通过第二测试电缆与第二外置装置的耦合输入端口连接，第二接收机通过第二柔性射频电缆与第二外置装置的耦合输出端口连接；第一外置装置的控制电路和校准数据存储单元及第二外置装置的控制电路和校准数据存储单元均与矢量网络分析仪的总线相连；

方法包括以下步骤：

步骤1：利用第一外置装置进行反射校准；

步骤2：利用第二外置装置进行反射校准；

步骤3：第一外置装置和第二外置装置连接进行直通校准；

步骤4：形成误差数据并存储，将被测件连接到第一外置装置的测试端口和第二外置装置的测试端口之间，对被测件测量，利用误差数据完成测量数据修正；

步骤5：当测量过程中观测到漂移误差或者随机误差变大，则进行重新自动校准，形成新的误差数据并存储，展开被测件测量时，利用新误差数据完成测量数据修正。

4.根据权利要求3所述的一种提高微波网络测量与校准精度的方法，其特征在于，步骤1具体包括：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关连通第一端口，激励信号从第一端口经过第一测试电缆进入第一外置装置的定向耦合电桥单元，激励信号经过定向耦合电桥单元传输至宽带微波同步电子开关单元；

控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第二动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与自动单端口电子校准单元接通，激励信号进入自动单端口电子校准单元，自动单端口电子校准单元的三选一的电子开关在控制电路和校准数据存储单元的控制下，依次切换连通开路器、短路器和负载电路，获取这三个标准件通路的反射信号，反射信号再反向传输至定向耦合电桥单元进行定向耦合，再经耦合输出端口和第一柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第一接收机，完成三种标准反射信号的提取，第一外置装置反射校准完成；

步骤2具体包括：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关连通第二端口，激励信号从第二端口经过第二测试电缆进入第二外置装置的定向耦合电桥单元，激励信号经过定向耦合电桥单元传输至宽带微波同步电子开关单元；

控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第二动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与自动单端口电子校准单元接通，激励信号进入自动单端口电子校准单元，自动单端口电子校准单元的三选一的电子开关在控制电路和校准数据存储单元的控制下，依次切换连通开路器、短路器和负载电路，获取这三个标准件通路的反射信号，反射信号再反向传输至定向耦合电桥单元进行定向耦合，再经耦合输出端口和第二柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第二接收机，完成三种标准反射信号的提取，第二外置装置反射校准完成。

5.根据权利要求3所述的一种提高微波网络测量与校准精度的方法，其特征在于，步骤3具体包括：

第一外置装置的测试端口和第二外置装置的测试端口连接，进行直通校准，直通校准分为正向传输校准和反向传输校准；

正向传输校准：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关连通第一端口，激励信号从第一端口经过第一测试电缆进入第一外置装置的定向耦合电桥单元，激励信号经过定向耦合电桥单元传输至宽带微波同步电子开关单元；

控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号经第一外置装置的测试端口和第二外置装置的测试端口进入第二外置装置中，在第二外置装置内，控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号进入第二外置装置的定向耦合电桥单元进行定向耦合产生耦合信号，耦合信号经过耦合输出端口和第二柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第二接收机，完成正向传输校准；

反向传输校准：

在控制电路和校准数据存储单元的控制下，矢量网络分析仪内部端口切换开关连通第二端口，激励信号从第二端口经过第二测试电缆进入第二外置装置的定向耦合电桥单元，激励信号经过定向耦合电桥单元传输至宽带微波同步电子开关单元；

控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号经第二外置装置的测试端口和第一外置装置的测试端口进入第一外置装置中，在第一外置装置内，控制电路和校准数据存储单元控制宽带微波同步电子开关单元中的双刀双掷同步开关进行开关切换，使得第一动端与第一不动端相连，从而将定向耦合电桥单元与测试端口接通，激励信号进入第一外置装置的定向耦合电桥单元进行定向耦合产生耦合信号，耦合信号经过耦合输出端口和第一柔性射频电缆，送回矢量网络分析仪的第一接收机，完成反向传输校准。

6.根据权利要求3所述的一种提高微波网络测量与校准精度的方法，其特征在于，步骤5的重新自动校准为：

步骤a：重新利用第一外置装置进行反射校准；

步骤b：重新利用第二外置装置进行反射校准；

步骤c：调用步骤3完成的直通校准数据，形成新的误差数据。

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