多端口矢量网络分析仪的校准与修正-电磁场与微波技术专业论文.docx

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Information Science and Technology Calibration and Error Correction for Multiport Vector Network Analyzer A Thesis in Electromagnetic Field and Microwave Technology By Chun-Hua Yuan Advised by Prof. Yong-Jiu Zhao Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering December, 2011 承 诺 书 本 人 声 明 所 呈 交 的 硕士 学 位 论 文 是 本 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的 研 究 成 果 。除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 和 致 谢 的 地 方 外 ，论 文 中 不 包 含 其 他 人 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ，也 不 包 含 为 获 得 南 京 航 空 航 天 大 学 或 其 他 教 育 机 构 的 学 位 或 证 书 而 使 用 过 的 材 料 。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ，可 以 采 用 影 印 、缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 、 汇 编 学 位 论 文 。 （ 保 密 的 学 位 论 文 在 解 密 后 适 用 本 承 诺 书 ） 作 者 签 名 ： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 多端口矢量网络分析仪的校准与修正 多端口矢量网络分析仪的校准与修正 I I PAGE PAGE IV 摘 要 矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer, VNA)是微波/射频研究、开发中使用最广泛的测 量仪器，校准和误差修正是矢量网络分析仪中的关键技术之一。目前，随着多端口器件和差分 器件在微波毫米波工程中的广泛应用，对多端口矢量网络分析仪的需求不断增加。用多端口矢 量网络分析仪对待测器件(Device Under Test, DUT)进行一次测量就能得到完整的散射矩阵，与 相应的二端口矢量网络分析仪测量过程相比具有更高的测试精度和更快的测试速度，但是其硬 件结构和误差模型更为复杂，因此相应的校准与修正技术更加困难。本文针对 n 端口矢量网络 分析仪(n≥2)的校准技术做了深入研究，主要内容包括以下几点： 1） 按照不同的硬件拓扑结构归纳了基于 12 项误差模型的三通道矢量网络分析仪校准技术和 基于 8 项误差模型的四通道矢量网络分析仪校准技术，同时，按照不同的校准件组合给出 了针对具体误差模型的 SOLT 和 TRL 校准方法。 2） 提出了基于 T 矩阵的 10 项误差模型 SOLT 校准技术。针对三通道二端口矢量网络分析仪， 利用 T 矩阵的概念进行校准和误差修正，不需要求解系统误差项的大小，节省了计算机内 存，提高了计算效率。 3） 提出了基于开关补偿误差的 8 项误差模型 SOT-UL 自校准技术。引入长度未知的 50Ω 传 输线代替特性已知的单端口匹配校准件，传输线的传播特性可以通过校准过程中的冗余信 息计算得到，不仅简化了校准过程，而且降低了测试成本。 4） 完成了四端口矢量网络分析仪的校准与修正过程。通过引入向量形式的节点和矩阵形式的 增益，将原本复杂的四端口 48 项误差模型简化为广义“二”端口 12 项误差模型，不仅流 图简单，而且误差矩阵物理意义明确。最终，基于广义“二”端口 12 项误差模型得到四 端口待测件散射参数误差修正公式。 关键词：矢量网络分析仪，多端口，校准，误差修正 ABSTRACT The vector network analyzer (VNA) has been widely used in microwave/RF research and devel- opment. Calibration and error correction is one of the key technologies. With the frequent application of multiport components and differential components in microwave engineering, the