CN113821763B - 在片s参数测量系统校准方法及电子设备 - Google Patents

在片s参数测量系统校准方法及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在片S参数测量系统校准方法及电子设备。该方法包括：采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口分别测量在片直通标准、在片负载标准和在片反射标准，对应得到直通S参数、负载S参数和反射S参数；基于转移参数与S参数的对应关系、直通S参数、负载S参数和反射S参数确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值；将直通S参数、负载S参数和反射S参数进行端口互换，并根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值，进而确定八项误差。本发明能够提高在片S参数测量系统的测量效率。

Description

在片S参数测量系统校准方法及电子设备
技术领域
本发明涉及在片S参数校准技术领域，尤其涉及一种在片S参数测量系统校准方法及电子设备。
背景技术
在片S参数测量系统一般应用在微电子行业中，在该测量系统每次使用前，需要选取合适的校准方法对该测量系统进行校准，以使测量结果更准确。目前，在片校准方法主要包括SOLT(Short-Open-Load-Thru)校准方法、LRM(Line-Reflect-Match)校准方法、LRRM(Line-Reflect-Reflect-Match)校准方法和TRL(Thru-Reflect-Line)校准方法等。
各种校准方法都有相应的特点，校准方法包含校准算法和对应的校准标准，校准方法的选取影响着在片S参数测量系统的校准准确度。各种校准方法一般采用8-term误差模型进行校准，如图1所示。它们分别对系统源/负载匹配、反射/传输跟踪、方向性、隔离等不理想进行了表征，在在片领域、同轴和波导领域具有很高的准确度，因而得到了广泛的应用，由于不同校准方法对校准标准的定义要求不同，因此校准标准的不理想会导致校准准确度存在差别。
然而，传统的SOLR校准方法采用8-term误差模型，需要Short、Open、Load和Reciprocity四种校准件，其中Short、Open和Load三种校准件的定义需要事先已知，Reciprocity两端口校准件可以采用直通传输线或其它无源器件。即在片S参数测量系统采用现有校准方法进行校准测试效率较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种在片S参数测量系统校准方法及电子设备，以解决在片S参数测量系统采用现有校准方法进行校准测试效率较低的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种在片S参数测量系统校准方法，包括：
采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片直通标准，得到直通S参数；采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片负载标准，得到负载S参数；采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片反射标准，得到反射S参数；
基于转移参数与S参数的对应关系、直通S参数、负载S参数和反射S参数确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值；
将直通S参数、负载S参数和反射S参数进行端口互换，并根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值，其中，在片直通标准、在片反射标准均未定义，在片负载标准已定义；
根据A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值、A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值以及D1D2的值校准待校准的在片S参数测量系统；其中，A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2为用于校准待校准的在片S参数测量系统的八项误差项。
在一种可能的实现方式中，基于转移参数与S参数的对应关系、直通S参数、负载S参数和反射S参数确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值，包括：
根据直通S参数和转移参数与S参数的对应关系确定待校准的在片S参数测量系统的直通原始参数矩阵，并根据直通原始参数矩阵确定级联关系式；
根据级联关系式、负载S参数和反射S参数，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值。
在一种可能的实现方式中，在片直通标准为一个；在片负载标准为一组，包括第一在片负载标准和第二在片负载标准；在片反射标准为一组，包括两个短路标准或者两个开路标准。
在一种可能的实现方式中，在片直通标准为一个；在片负载标准为一组，包括第一在片负载标准和第二在片负载标准；在片反射标准为两组，第一组在片反射标准包括两个短路标准，第二组在片反射标准包括两个开路标准。
在一种可能的实现方式中，该方法还包括：
根据负载S参数和在片负载标准构建导纳关系式；
根据第一组在片反射标准构建第一误差网络关系式；
根据第二组在片反射标准构建第二误差网络关系式；
根据级联关系式、负载S参数和反射S参数，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值，包括：
根据级联关系式、导纳关系式、第一误差网络关系式、第二误差网络关系式，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值；
其中，级联关系式为：
ET＝E1E2
其中，
Figure BDA0003213761990000031
Figure BDA0003213761990000032
转移参数与S参数的对应关系为：
Figure BDA0003213761990000033
其中，E1为待校准的在片S参数系统测的第一误差网络，E2为待校准的在片S参数系统测的第二误差网络，S11、S12、S21、S22为S参数，AT、BT、CT、DT为转移参数。
在一种可能的实现方式中，导纳关系式为：
Figure BDA0003213761990000034
其中，
Figure BDA0003213761990000035
Y1,A,load为第一端口的负载标准的实际导纳测量值，Z1,M,load为第一端口负载标准测量阻抗值，Z0为特征电阻；
第一误差网络关系式为：
Figure BDA0003213761990000041
其中，Zi,M(j)表示阻抗值，i为第i个端口，i＝1为第一端口，i＝2为第二端口，M为反射标准，j为第j个反射标注，j＝1为开路标准，j＝2为短路标准；
根据导纳关系式、第一误差网络关系式和第二误差网络关系式计算第一误差参数，包括：
对于第一误差网络关系式，令
x1＝ATZ2,M(1)-BT+CTZ1,M(1)Z2,M(2)-DTZ1,M(1)
y1＝2DT-2CTZ2,M(1)
v1＝2ATZ1,M(1)Z2,M(1)-2BTZ1,M(1)
对于第二误差网络关系式，令
x2＝ATZ2,M(2)-BT+CTZ1,M(2)Z2,M(2)-DTZ1,M(2)
y2＝2DT-2CTZ2,M(2)
v2＝2ATZ1,M(2)Z2,M(2)-2BTZ1,M(2)
Figure BDA0003213761990000042
Figure BDA0003213761990000043
则：
Figure BDA0003213761990000044
Figure BDA0003213761990000045
Figure BDA0003213761990000051
在一种可能的实现方式中，将直通S参数、负载S参数和反射S参数进行端口互换，包括：
将负载S参数和反射S参数中的S11设定为S22，S22设定为S11；
将直通S参数中两个端口测得的S参数互换，互换后的直通S参数表示为：
Figure BDA0003213761990000052
在本发明的一些实施例中，根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值，包括：
基于端口互换后的结果，采用与计算第一误差参数相同的方式计算得到A3/D3的值、B3/D3的值、C3/D3的值；
根据A3/D3的值、B3/D3的值、C3/D3的值确定端口互换后的第二端口的转移矩阵；
基于第二端口的转移矩阵，将端口再次互换，确定A2/D2的值、B2/D2的值和C2/D2的值。
第二方面，本发明实施例提供了一种在片S参数测量系统校准装置，包括：
参数测量模块，用于采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片直通标准，得到直通S参数；采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片负载标准，得到负载S参数；采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片反射标准，得到反射S参数；
第一计算模块，用于基于转移参数与S参数的对应关系、直通S参数、负载S参数和反射S参数确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值；
第二计算模块，用于将直通S参数、负载S参数和反射S参数进行端口互换，并根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值，其中，在片直通标准、在片反射标准均未定义，在片负载标准已定义；
第三计算模块，用于根据A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值、A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值以及D1D2的值校准待校准的在片S参数测量系统；其中，A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2为用于校准待校准的在片S参数测量系统的八项误差项。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式在片S参数测量系统校准方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式在片S参数测量系统校准方法的步骤。
本发明实施例提供一种在片S参数测量系统校准方法及电子设备，通过采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口分别测量未定义的在片直通标准、未定义的在片反射标准和定义的在片负载标准，对应得到直通S参数、负载S参数和反射S参数；基于转移参数与S参数的对应关系、直通S参数、负载S参数和反射S参数确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值；将直通S参数、负载S参数和反射S参数进行端口互换，并根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值；根据A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值、A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值以及D1D2的值校准待校准的在片S参数测量系统；。本发明实施例仅需要在片负载标准定义已知，在片反射标准和在片直通标准的定义无需已知，所需要的知道的标准件的参数定义少，相较于现有需要知道标准件的更多参数定义，校准时间更短，进一步提高在片S参数测量系统的测量效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的8-term误差模型；
图2是本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的实现流程图；
图3是本发明实施例提供的8项误差模型；
图4是本发明实施例提供的转移参数与电压电流关系的示意图；
图5是本发明实施例提供的在片衰减器的传输幅度测量结果；其中，图(a)是频率为0～110GHz的全局范围的图形，图(b)是频率为70～110GHz的局部范围的图形；
图6是本发明实施例提供的在片衰减器的传输相位测量结果；其中，图(a)是频率为0～110GHz的全局范围的图形，图(b)是频率为80～110GHz的局部范围的图形；
图7是本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准装置的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的电子设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
参见图2，其示出了本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的实现流程图。如图2所示，一种在片S参数测量系统校准方法，可以包括：
S101，采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片直通标准，得到直通S参数；采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片负载标准，得到负载S参数；采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片反射标准，得到反射S参数。
可选的，在片S测量系统有两个端口，分别用于连接在片直通标准、在片负载标准或者在片反射标准。在片直通标准为在片S参数测量系统中校准用的直通校准件，在片负载标准为在片S参数测量系统中校准用的负载校准件，在片反射标准为在片S参数测量系统中校准用反射校准件。
示例性的，采用端口1测量负载标准1，采用端口2测量负载标准2。
可选的，测量得到的直通S参数包括S11、S12、S21和S22，测量得到的负载S参数包括S11和S22，测量得到的反射S参数包括S11和S22。
S102，基于转移参数与S参数的对应关系、直通S参数、负载S参数和反射S参数确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值。
可选的，参见图3，其示出了本发明实施例提供的8项误差模型。如图3所示，转移参数和S参数的对应关系，即用ABCD转移参数与S参数的关系，可以表示为式(1)和式(2)，如下：
Figure BDA0003213761990000081
Figure BDA0003213761990000082
可选的，参见图4，其示出本发明实施例提供的转移参数与电压电流关系的示意图。如图4所示，转移参数是电压电流表示的参数。
S103，将直通S参数、负载S参数和反射S参数进行端口互换，并根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值，其中，在片直通标准、在片反射标准均未定义，在片负载标准已定义。
可选的，端口互换是将在片S参数测量系统两个端口测量的S参数的结果互换，即端口互换后的结果包括互换后的直通S参数、互换后的负载S参数和互换后的反射S参数。根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值，即为根据互换后的直通S参数、互换后的负载S参数和互换后的反射S参数确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值。
可选的，定义代表定值，未定义代表未定值。
例如，定义的在片负载标准为在片负载标准件的标准参数如负载标准实际导纳值已知，未定义的在片直通标准为在片直通标准件相关的标准参数未知，未定义的在片反射标准为在片反射标准件相关的标准参数未知。
可选的，直通标准定义一般有两种定义方式，一种是延迟时间，一般多少ps；另一种是插损定义方式，即在某些特定频点插损多少dB，再加上延迟时间。
示例性的，在片S参数测量系统校准的过程可以为：通过测量一定数量的已知准确量值(定值)的标准件，通过测量值和标准件的定值进行比较，得到系统的八项或者十二项误差，完成校准。
S104，根据A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值、A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值以及D1D2的值校准待校准的在片S参数测量系统；其中，A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2为用于校准待校准的在片S参数测量系统的八项误差项。
可选的，本发明实施例提供的在片S参数测量系统一般用于测量无源器件，无源器件一般具有互易性质，计算D1D2的过程如下：
利用在片S参数测量系统测量一个无源器件，得到式(3)，如下：
EDUT＝E1*EA_DUT*E2 (3)
其中，EDUT表示被测件未经修正的测量结果，EA_DUT表示被测件真实值，均采用ABCD矩阵表示。
考虑到无源器件是互易的，其ABCD矩阵行列式是1。因此，式(3)可以转换成式(4)，如下：
|EDUT|＝|E1|*|E2| (4)
结合式(4)即可得到D1D2的模值，D1D2的符号可通过现有技术得到，例如与现有SOLR校准方法一致，即D1D2的值均被求出。
本发明实施例提供一种在片S参数测量系统校准方法、装置及电子设备，通过采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口分别测量未定义的在片直通标准、未定义的在片反射标准和定义的在片负载标准，对应得到直通S参数、负载S参数和反射S参数；基于转移参数与S参数的对应关系、直通S参数、负载S参数和反射S参数确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值；将直通S参数、负载S参数和反射S参数进行端口互换，并根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值；根据A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值、A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值以及D1D2的值校准待校准的在片S参数测量系统；。本发明实施例仅需要在片负载标准定义已知，在片反射标准和在片直通标准的定义无需已知，所需要的知道的标准件的参数定义少，相较于现有需要知道标准件的更多参数定义，校准时间更短，进一步提高在片S参数测量系统的测量效率。
在本发明的一些实施例中，上述S102，可以包括：
根据直通S参数和转移参数与S参数的对应关系确定待校准的在片S参数测量系统的直通原始参数矩阵，并根据直通原始参数矩阵确定级联关系式；
根据级联关系式、负载S参数和反射S参数，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值。
可选的，利用未校准的在片S参数测量系统测量一个未定义的在片直通标准，得到直通S参数，再根据直通S参数确定直通原始参数矩阵，存在级联关系式。
在本发明的一些实施例中，在片直通标准为一个；在片负载标准为一组，包括第一在片负载标准和第二在片负载标准；在片反射标准为一组，包括两个短路标准或者两个开路标准。
可选的，理想情况下，负载加工工艺一致的情况下，本发明实施例只需一个未定义的在片直通标准，一组未定义的在片反射标准和一组定义的在片负载标准即可实现系统校准，提高了测试准确度，提高了测试效率，降低了成本。
在本发明的一些实施例中，在片直通标准为一个；在片负载标准为一组，包括第一在片负载标准和第二在片负载标准；在片反射标准为两组，第一组在片反射标准包括两个短路标准，第二组在片反射标准包括两个开路标准。
可选的，本发明实施例用未校准的在片S参数测量系统测量一个未定义的在片直通标准、两组未定义的在片反射标准、一组定义的在片负载标准，得到相应的原始数据。通过S参数和转移矩阵级联的特点，计算得到八项误差。本发明实施例只需知道负载标准的定义，在在片S参数校准与测试领域，能够实现准确测量，达到了较好的指标，满足市场上商用的在片S参数校准和测试工作，具有一定的经济和社会效益。
在本发明的一些实施例中，该方法还包括：
根据负载S参数和在片负载标准构建导纳关系式；
根据第一组在片反射标准构建第一误差网络关系式；
根据第二组在片反射标准构建第二误差网络关系式；
根据级联关系式、负载S参数和反射S参数，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值，包括：
根据级联关系式、导纳关系式、第一误差网络关系式、第二误差网络关系式，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值；
其中，级联关系式为：
ET＝E1E2 (5)
其中，
Figure BDA0003213761990000111
Figure BDA0003213761990000121
转移参数与S参数的对应关系为：
Figure BDA0003213761990000122
其中，E1为待校准的在片S参数系统测的第一误差网络，E2为待校准的在片S参数系统测的第二误差网络，S11、S12、S21、S22为S参数，AT、BT、CT、DT为转移参数。
在本发明的一些实施例中，导纳关系式为：
Figure BDA0003213761990000123
其中，
Figure BDA0003213761990000124
Y1,A,load为第一端口的负载标准的实际导纳测量值，Z1,M,load为第一端口负载标准测量阻抗值，Z0为特征电阻。
可选的，
Figure BDA0003213761990000125
其中，R1为第一端口负载标准电阻实际值，L1为第一端口负载标准电感实际值。
示例性的，特征电阻Z0可以为50Ω。
可选的，本发明实施例定义的在片负载标准是指该负载标准的实际导纳测量值已知。
可选的，对于本发明实施例提供的导纳关系式，还包括：
Figure BDA0003213761990000126
其中，
Figure BDA0003213761990000131
Figure BDA0003213761990000132
Y2,A,load为第二端口的负载标准的实际导纳测量值，Z2,M,load为第二端口负载标准测量阻抗值，R2为第二端口负载标准电阻实际值，L2为第二端口负载标准电感实际值。
第一误差网络关系式为：
Figure BDA0003213761990000133
其中，Zi,M(j)表示阻抗值，i为第i个端口，i＝1为第一端口，i＝2为第二端口，M为反射标准，j为第j个反射标注，j＝1为开路标准，j＝2为短路标准；
根据导纳关系式、第一误差网络关系式和第二误差网络关系式计算第一误差参数，包括：
对于第一误差网络关系式，令
x1＝ATZ2,M(1)-BT+CTZ1,M(1)Z2,M(2)-DTZ1,M(1)
y1＝2DT-2CTZ2,M(1)
v1＝2ATZ1,M(1)Z2,M(1)-2BTZ1,M(1)
对于第二误差网络关系式，令
x2＝ATZ2,M(2)-BT+CTZ1,M(2)Z2,M(2)-DTZ1,M(2)
y2＝2DT-2CTZ2,M(2)
v2＝2ATZ1,M(2)Z2,M(2)-2BTZ1,M(2)
Figure BDA0003213761990000134
Figure BDA0003213761990000135
则：
Figure BDA0003213761990000141
Figure BDA0003213761990000142
Figure BDA0003213761990000143
可选的，参见图3，第一网络关系式为从左看向被测件的第一误差网络E1的关系式。
可选的，通过计算第一误差网络关系式，可以得到A1/C1的值、B1/D1的值之间的关系，再结合导纳关系式，可以得到A1/C1的值、B1/D1的值和C1/D1的值之间的关系，根据三者的关系可以推出A1/D1的值、B1/D1的值。
可选的，结合导纳关系式、级联关系式、转移参数与S参数的对应关系可以得到第一误差网络关系式，通过第一误差网络关系式可以计算得到A1/D1的值、B1/D1的值和C1/D1的值。
在本发明的一些实施例中，上述S103中“将直通S参数、负载S参数和反射S参数进行端口互换”，可以包括：
将负载S参数和反射S参数中的S11设定为S22，S22设定为S11；
将直通S参数中两个端口测得的S参数互换，互换后的直通S参数表示为：
Figure BDA0003213761990000144
在本发明的一些实施例中，上述S103中“根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值”，可以包括：
基于端口互换后的结果，采用与计算第一误差参数相同的方式计算得到A3/D3的值、B3/D3的值、C3/D3的值；
根据A3/D3的值、B3/D3的值、C3/D3的值确定端口互换后的第二端口的转移矩阵；
基于第二端口的转移矩阵，将端口再次互换，确定A2/D2的值、B2/D2的值和C2/D2的值。
示例性的，计算A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值的过程如下：
步骤一、对于在片反射标准和在片负载标准，将第一端口测得的S11设定为S22，第二端口测得的S22设定为S11。
步骤二、对于在片直通标准，将第一端口测得的S参数和第二端口测得的S参数互换。
示例性的，对于两端口的直通标准，测得其S参数为：
Figure BDA0003213761990000151
将第一端口和第二端口互换，互换后的S参数为：
Figure BDA0003213761990000152
步骤三、采用与计算A1/D1的值、B1/D1的值和C1/D1的值相同的方式计算A3/D3的值、B3/D3的值、C3/D3的值。
其中，
Figure BDA0003213761990000153
以D3归一化后的E3转移矩阵转换成S参数，如下：
Figure BDA0003213761990000154
det(*)表示*的行列式的值。
步骤四、再将S参数进行端口互换(即第一端口和第二端口互换后的S参数)后转换成转移矩阵，如下：
Figure BDA0003213761990000155
得到
Figure BDA0003213761990000156
而
Figure BDA0003213761990000161
于是，计算出A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值。
参见图3，E2、E3、E4之间的关系为：
转移参数定义跟波传输的方向(端口顺序)有关。图3中的E1和E2都是从左向右看的，转移参数E2如果从右往左看，则变成E3。将E3在此变换端口顺序，即从左往右看，则变成E4。E4和E2有一比例关系，在这里可以看成E2＝E4。
根据求得的A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值、A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值以及根据无源器件互易性质计算得到的D1的值和D2的值，可以根据上述八项误差校准待校准的在片S参数测量系统。
示例性的，本发明实施例提供的校准方法的计算过程如下：
1)采用待校准的在片S参数测量系统测量一个未定义的在片直通标准，得到直通原始参数矩阵ET，存在级联关系式(5)～(7)。
2)采用待校准的在片S参数测量系统测量一组定义的在片负载标准，得到导纳关系式(9)；
采用待校准的在片S参数测量系统测量两组未定义的在片反射标准，得到第一误差网络关系式(11)和第二误差网络关系式，并通过计算该三个关系式，得到A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值。
3)将待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量得到的S参数进行端口互换，并采用与计算第一误差参数相同的方式计算得到A3/D3的值、B3/D3的值、C3/D3的值，如E3。
4)根据A3/D3的值、B3/D3的值、C3/D3的值确定端口互换后的第二端口的转移矩阵，如E4。基于第二端口的转移矩阵，将端口再次互换，确定A2/D2的值、B2/D2的值和C2/D2的值。
5)基于无源器件的互易性质，可以计算得到D1的值和D2的值，基于上述的各项的值，可以对待校准的在片S参数测量系统进行校准。
示例性的，参见图5，其示出了本发明实施例提供的在片衰减器的传输幅度测量结果；其中，图(a)是频率为0～110GHz的全局范围的图形，图(b)是频率为70～110GHz的局部范围的图形。参见图6，其示出了本发明实施例提供的在片衰减器的传输相位测量结果；其中，图(a)是频率为0～110GHz的全局范围的图形，图(b)是频率为80～110GHz的局部范围的图形。
为了对以本发明实施例提供的校准方法进行验证，分别用本发明实施例提供的校准方法和多线TRL校准方法、商用LRRM校准方法在100MHz～110GHz频段对同一在片S参数测量系统进行校准，校准完后测量相同的在片衰减器，将测量结果进行比较，如图5～图6所示，图中包括多线TRL校准方法测量结果、本发明校准方法(即新型算法)测量结果和商用LRRM校准方法测量结果。
图5～图6所示测量结果中，本发明实施例提供的方法与多线TRL校准方法和商用LRRM校准方法测量相同在片衰减器的传输幅值最大偏差0.18dB，传输相位最大偏差0.5°。本发明实施例提的的校准方法是合理的，满足在片S参数校准和测试需求。
本发明实施例的技术构思为：
第一、用待校准的在片S参数测量系统测量一个未定义的在片直通标准、两组未定义的在片反射标准、一组定义的在片负载标准，得到相应的原始数据。通过S参数和转移矩阵级联的特点，计算得到新型校准方法的八项误差模型。
第二、用修正的未定义在片直通标准的行列式和得到的八项误差模型的行列式的关系计算得到修正系数(八项误差)。
本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法，只需知道负载标准的定义，在在片S参数校准与测试领域，能够实现准确测量，达到了较好的指标，满足市场上商用的在片S参数校准和测试工作，具有一定的经济和社会效益。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
图7示出了本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图7所示，在片S参数测量系统校准装置20，可以包括：
参数测量模块201，用于采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片直通标准，得到直通S参数；采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片负载标准，得到负载S参数；采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片反射标准，得到反射S参数；
第一计算模块202，用于基于转移参数与S参数的对应关系、直通S参数、负载S参数和反射S参数确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值；
第二计算模块203，用于将直通S参数、负载S参数和反射S参数进行端口互换，并根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值，其中，在片直通标准、在片反射标准均未定义，在片负载标准已定义；
第三计算模块204，用于根据A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值、A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值以及D1D2的值校准待校准的在片S参数测量系统；其中，A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2为用于校准待校准的在片S参数测量系统的八项误差项。
在本发明的一些实施例中，第一计算模块202，可以包括：
第一计算单元，用于根据直通S参数和转移参数与S参数的对应关系确定待校准的在片S参数测量系统的直通原始参数矩阵，并根据直通原始参数矩阵确定级联关系式；
第二计算单元，用于根据级联关系式、负载S参数和反射S参数，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值。
在本发明的一些实施例中，在片直通标准为一个；在片负载标准为一组，包括第一在片负载标准和第二在片负载标准；在片反射标准为一组，包括两个短路标准或者两个开路标准。
在本发明的一些实施例中，在片直通标准为一个；在片负载标准为一组，包括第一在片负载标准和第二在片负载标准；在片反射标准为两组，第一组在片反射标准包括两个短路标准，第二组在片反射标准包括两个开路标准。
在本发明的一些实施例中，在片S参数测量系统校准装置20，还可以包括：
第一构建模块，用于根据负载S参数和在片负载标准构建导纳关系式；
第二构建模块，用于根据第一组在片反射标准构建第一误差网络关系式；
第三构建模块，用于根据第二组在片反射标准构建第二误差网络关系式；
第四计算模块，用于根据级联关系式、负载S参数和反射S参数，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值，包括：
根据级联关系式、导纳关系式、第一误差网络关系式、第二误差网络关系式，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值；
其中，级联关系式为：
ET＝E1E2
其中，
Figure BDA0003213761990000191
Figure BDA0003213761990000192
转移参数与S参数的对应关系为：
Figure BDA0003213761990000193
其中，E1为待校准的在片S参数系统测的第一误差网络，E2为待校准的在片S参数系统测的第二误差网络，S11、S12、S21、S22为S参数，AT、BT、CT、DT为转移参数。
在本发明的一些实施例中，导纳关系式为：
Figure BDA0003213761990000201
其中，
Figure BDA0003213761990000202
Y1,A,load为第一端口的负载标准的实际导纳测量值，Z1,M,load为第一端口负载标准测量阻抗值，Z0为特征电阻；
第一误差网络关系式为：
Figure BDA0003213761990000203
其中，Zi,M(j)表示阻抗值，i为第i个端口，i＝1为第一端口，i＝2为第二端口，M为反射标准，j为第j个反射标注，j＝1为开路标准，j＝2为短路标准；
根据导纳关系式、第一误差网络关系式和第二误差网络关系式计算第一误差参数，包括：
对于第一误差网络关系式，令
x1＝ATZ2,M(1)-BT+CTZ1,M(1)Z2,M(2)-DTZ1,M(1)
y1＝2DT-2CTZ2,M(1)
v1＝2ATZ1,M(1)Z2,M(1)-2BTZ1,M(1)
对于第二误差网络关系式，令
x2＝ATZ2,M(2)-BT+CTZ1,M(2)Z2,M(2)-DTZ1,M(2)
y2＝2DT-2CTZ2,M(2)
v2＝2ATZ1,M(2)Z2,M(2)-2BTZ1,M(2)
Figure BDA0003213761990000204
Figure BDA0003213761990000205
则：
Figure BDA0003213761990000211
Figure BDA0003213761990000212
Figure BDA0003213761990000213
在本发明的一些实施例中，第二计算模块203，包括：
第一互换单元，用于将负载S参数和反射S参数中的S11设定为S22，S22设定为S11；
第二互换单元，用于将直通S参数中两个端口测得的S参数互换，互换后的直通S参数表示为：
Figure BDA0003213761990000214
在本发明的一些实施例中，第二计算模块203，还可以包括：
第三计算单元，用于基于端口互换后的结果，采用与计算第一误差参数相同的方式计算得到A3/D3的值、B3/D3的值、C3/D3的值；
第四计算单元，用于根据A3/D3的值、B3/D3的值、C3/D3的值确定端口互换后的第二端口的转移矩阵；
第五计算单元，用于基于第二端口的转移矩阵，将端口再次互换，确定A2/D2的值、B2/D2的值和C2/D2的值。
图8是本发明实施例提供的电子设备的示意图。如图8所示，该实施例的电子设备30包括：处理器300、存储器301以及存储在存储器301中并可在处理器300上运行的计算机程序302。处理器300执行计算机程序302时实现上述各个在片S参数测量系统校准方法实施例中的步骤，例如图2所示的S101至步S104。或者，处理器300执行计算机程序302时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图7所示模块/单元201至204的功能。
示例性的，计算机程序302可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器301中，并由处理器300执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序302在电子设备30中的执行过程。例如，计算机程序302可以被分割成图7所示的模块/单元201至204。
电子设备30可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。电子设备30可包括，但不仅限于，处理器300、存储器301。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是电子设备30的示例，并不构成对电子设备30的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器300可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器301可以是电子设备30的内部存储单元，例如电子设备30的硬盘或内存。存储器301也可以是电子设备30的外部存储设备，例如电子设备30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器301还可以既包括电子设备30的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器301用于存储计算机程序以及电子设备所需的其他程序和数据。存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个在片S参数测量系统校准方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在片S参数测量系统校准方法，其特征在于，包括：
采用待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片直通标准，得到直通S参数；采用所述待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片负载标准，得到负载S参数；采用所述待校准的在片S参数测量系统的两个端口测量在片反射标准，得到反射S参数；
基于转移参数与S参数的对应关系、所述直通S参数、所述负载S参数和所述反射S参数确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值；
将所述直通S参数、所述负载S参数和所述反射S参数进行端口互换，并根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值，其中，所述在片直通标准、所述在片反射标准均未定义，所述在片负载标准已定义；
根据A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值、A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值以及D1D2的值校准所述待校准的在片S参数测量系统；其中，A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2为用于校准所述待校准的在片S参数测量系统的八项误差项。
2.根据权利要求1所述的在片S参数测量系统校准方法，其特征在于，所述基于转移参数与S参数的对应关系、所述直通S参数、所述负载S参数和所述反射S参数确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值，包括：
根据所述直通S参数和所述转移参数与S参数的对应关系确定所述待校准的在片S参数测量系统的直通原始参数矩阵，并根据所述直通原始参数矩阵确定级联关系式；
根据所述级联关系式、所述负载S参数和所述反射S参数，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值。
3.根据权利要求2所述的在片S参数测量系统校准方法，其特征在于，所述在片直通标准为一个；所述在片负载标准为一组，包括第一在片负载标准和第二在片负载标准；所述在片反射标准为一组，包括两个短路标准或者两个开路标准。
4.根据权利要求2所述的在片S参数测量系统校准方法，其特征在于，所述在片直通标准为一个；所述在片负载标准为一组，包括第一在片负载标准和第二在片负载标准；所述在片反射标准为两组，第一组在片反射标准包括两个短路标准，第二组在片反射标准包括两个开路标准。
5.根据权利要求4所述的在片S参数测量系统校准方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述负载S参数和所述在片负载标准构建导纳关系式；
根据第一组在片反射标准构建第一误差网络关系式；
根据第二组在片反射标准构建第二误差网络关系式；
所述根据所述级联关系式、所述负载S参数和所述反射S参数，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值，包括：
根据所述级联关系式、导纳关系式、第一误差网络关系式、第二误差网络关系式，确定A1/D1的值、B1/D1的值、C1/D1的值；
其中，所述级联关系式为：
ET＝E1E2
其中，
Figure FDA0003213761980000021
Figure FDA0003213761980000022
所述转移参数与S参数的对应关系为：
Figure FDA0003213761980000023
其中，E1为所述待校准的在片S参数系统测的第一误差网络，E2为所述待校准的在片S参数系统测的第二误差网络，S11、S12、S21、S22为S参数，AT、BT、CT、DT为转移参数。
6.根据权利要求5所述的在片S参数测量系统校准方法，其特征在于，
导纳关系式为：
Figure FDA0003213761980000031
其中，
Figure FDA0003213761980000032
Y1,A,load为第一端口的负载标准的实际导纳测量值，Z1,M,load为所述第一端口负载标准测量阻抗值，Z0为特征阻抗；
所述第一误差网络关系式为：
Figure FDA0003213761980000033
其中，Zi,M(j)表示阻抗值，i为第i个端口，i＝1为所述第一端口，i＝2为第二端口，M为反射标准，j为第j个反射标注，j＝1为开路标准，j＝2为短路标准；
所述根据所述导纳关系式、所述第一误差网络关系式和第二误差网络关系式计算所述第一误差参数，包括：
对于所述第一误差网络关系式，令
x1＝ATZ2,M(1)-BT+CTZ1,M(1)Z2,M(2)-DTZ1,M(1)
y1＝2DT-2CTZ2,M(1)
v1＝2ATZ1,M(1)Z2,M(1)-2BTZ1,M(1)
对于所述第二误差网络关系式，令
x2＝ATZ2,M(2)-BT+CTZ1,M(2)Z2,M(2)-DTZ1,M(2)
y2＝2DT-2CTZ2,M(2)
v2＝2ATZ1,M(2)Z2,M(2)-2BTZ1,M(2)
Figure FDA0003213761980000034
Figure FDA0003213761980000041
则：
Figure FDA0003213761980000042
Figure FDA0003213761980000043
Figure FDA0003213761980000044
7.根据权利要求1至6任一项所述的在片S参数测量系统校准方法，其特征在于，所述将所述直通S参数、所述负载S参数和所述反射S参数进行端口互换，包括：
将所述负载S参数和所述反射S参数中的S11设定为S22，S22设定为S11；
将所述直通S参数中两个端口测得的S参数互换，互换后的直通S参数表示为：
Figure FDA0003213761980000045
8.根据权利要求7所述的在片S参数测量系统校准方法，所述根据端口互换后的结果，确定A2/D2的值、B2/D2的值、C2/D2的值，包括：
基于所述端口互换后的结果，采用与计算所述第一误差参数相同的方式计算得到A3/D3的值、B3/D3的值、C3/D3的值；
根据A3/D3的值、B3/D3的值、C3/D3的值确定端口互换后的第二端口的转移矩阵；
基于所述第二端口的转移矩阵，将端口再次互换，确定A2/D2的值、B2/D2的值和C2/D2的值。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至7中任一项所述在片S参数测量系统校准方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至7中任一项所述在片S参数测量系统校准方法的步骤。
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