矢量網絡分析儀（VNA）校準與測試方法

一、校準的必要性與誤區

VNA校準是精確測量的前提，其本質是建立誤差模型并求解誤差項，從而消除測試系統（電纜、連接器等）對結果的影響。然而，并非每次測量新項目都必須重新校準。

若新測試項目的條件（如頻率范圍、功率、電纜連接）與已有校準狀態（State）相似，可嘗試調用（Load State）并驗證先前的校準狀態。若驗證合格，即可直接使用，無需重復校準。這能有效減少校準件的磨損和污染，延長其使用壽命。

二、校準原理簡述

以單端口測量為例，理想VNA測試面與DUT測試面間存在誤差網絡，包含三個誤差項。為求解它們，需建立三個不相關的線性方程。校準過程即通過接入三個反射系數已知的標準件（如開路件 Γ=1\Gamma=1Γ=1、短路件 Γ=?1\Gamma=-1Γ=?1、負載件 Γ=0\Gamma=0Γ=0），由VNA測量其實際響應，解算出誤差項。后續測量中，儀器便能通過數學運算消除這些誤差項，還原DUT的真實特性。

雙端口測量更為復雜，正反向共包含12項系統誤差。常見的校準方法如SOLT（短路-開路-負載-直通），其本質也是通過已知特性的標準件建立方程求解誤差網絡的S參數（或T參數），進而實現去嵌入（De-embedding）。

三、常用校準方法

● SOLT校準：最常用的方法，適用于大多數同軸測量場景。使用短路、開路、負載和直通四個標準件，能有效消除12項系統誤差。

● 其他方法：根據應用場景不同，還有TRL（直通-反射-傳輸線，適用于非同軸或高頻高精度測量）、LRM（長線-反射-匹配）等。電子校準件（ECal）則能通過電子切換狀態，大幅提升校準速度和便利性。

四、實際操作步驟與要點

1. 測試參數設置： 根據DUT特性設置頻率范圍（通常略大于測試需求）、掃描點數、中頻帶寬（IFBW，影響噪聲和速度）等。特別注意設置合適的功率電平：無源器件可用0dBm；有源器件（如放大器）需確保激勵信號低于其1dB壓縮點，大功率器件測試時更需在VNA輸入端加接衰減器，防止損壞儀器。

2. 選擇校準件與方法： 務必在VNA中正確選擇所用校準件的型號（如N型、SMA型），因為儀器內部存儲了該型號校準件的理想參數模型。若選擇錯誤，校準將失效。隨后按照儀器引導進行操作。

3. 執行校準： 以SOLT為例，依次將開路、短路、負載標準件連接至對應端口，按提示完成測量；最后連接直通件（Thru），完成雙端口校準。

4. 校準結果驗證： 這是確保校準質量的關鍵步驟。

○ 開路驗證：取下端口連接器，觀察Smith圓圖上S11/S22曲線是否位于開路點（圓周最右端）。

○ 負載驗證：端口接50Ω負載，觀察Smith圓圖上曲線是否聚集于中心點（匹配點）。

○ 直通驗證：兩端口連接直通件，觀察S21/S12幅度曲線是否平坦且接近0dB。

五、良好操作習慣

● 防塵與清潔：VNA端口和電纜不用時務必蓋上防塵罩。定期清潔連接器，防止灰塵和氧化層引入誤差。

● 電纜管理：對測試電纜進行標號，并盡可能固定VNA各端口與特定電纜的連接，減少因頻繁插拔和更換電纜帶來的不確定性。

● 輕拿輕放：連接電纜和校準件時動作要輕柔，避免用力過猛損壞螺紋或中心針。

遵循以上步驟和注意事項，能有效保證VNA測量數據的準確性和可靠性。