如何使用ENA进行TRL校准
测试那些事儿 2022-09-14

矢量网络分析仪要求在误差校正测量前执行测量校准。对于二端口测量,确定响应校准套件的校准算法为SOLT或TRL。传统的二端口校准通常用3个阻抗标准和1个传输标准定义校准参考平面。这些标准一般为短路、开路、负载和直通,这就就构成了SOLT校准套件。另一种二端口校准用最少的3个标准定义校准参考平面。TRL校准套件中的直通、反射和线路标准测量参数提供与使用不同算法SOLT校准同样的信息。


为什么要进行TRL校准?

SOLT校准件是通用的校准方式,但校准的精度基于每个校准件的精确参数,在诸如夹具测试,晶片测试等应用,实现SOLT校准件是不现实的,或着不能得到这些校准件的精确参数。TRL校准可以克服SOLT校准的缺点,TRL校准是采用直通校准件(Through),反射校准件(Reflector)和延迟线校准件(Line)。这种校准方法可降低校准对校准精确参数的依赖。根据使用校准件的方式不同,也可使用LRM,LRL等校准件方式。对于非同轴被测件进行测试,如:波导和晶片等,TRL校准是经常采用的校准方法。TRL代表“ Through:直通, Reflect:反射, Line:传输线。采用TRL校准的原因是因为在非同轴和高频率条件下,要实现理想的匹配负载非常困难。TRL校准非常精确,在大多数情况下比SOLT校准更精确。


Thru

  1. 直通标样可以是零长度或非零长度。但是根据定义,零长度直通更准确,因为它具有零损耗和无反射。

  2. 直通不能与线路标样有相同的电长度。

  3. 如果插入相位和电长度定义良好,则可使用直通标准设置基准面。

  4. 直通和线路标准的特性阻抗定义了校准的参考阻抗。


反射

  1. 只要连接到两个 VNA 端口时相同,反射标样可以是具有高反射的任何对象。

  2. 不需要知道反射的实际幅度。

  3. 反射标样的相位必须已知在 1/4 波长内。 

  4. 如果反射标准的大小和相位定义良好,则可以使用该标准来设置基准面。


Line

  1. 必须具有与直通标准相同的阻抗和传输常数。

  2. 电长度只需在1/4波长内指定。

  3. 不能与直通的电长度相同。

  4. 如果频率覆盖范围要宽,就需要多种线路标准Line来定义。

  5. 必须为频率范围提供适当的电长度:在每个频率下,直通线和线路之间的相位差应大于20度,小于160度。这意味着在实际操作中,单线标准仅在8:1频率范围(Frequency Span / Start Frequency)内可用。因此,对于宽频覆盖,需要多条线路。

  6. 在低频率下,线路标准可能变得太长,无法实际使用。线标准的最佳长度是频率跨度几何平均值(f1×f2的平方根)处的1/4波长。所以频率很低的话一般不使用TRL校准。


MATCH匹配

  1. 匹配标准是连接到端口1和端口2的低反射终端。

  2. 匹配标准可以定义为无限长传输线或1端口低反射终端,如负载。

  3. 匹配标准的阻抗成为测量的参考阻抗。为了获得最佳结果,请在两个端口上使用相同的负载。所以在实际操作中,我们经常会被告知不管是在哪个端口校准,都尽量使用同一条Line,同一个负载。


如何使用ENA进行TRL校准

Keysight的TRL校准件有85050C (APC 7mm) and 85052C (3.5mm),打开E5071C,在【Cal KIt】中选择【85052C】。

如何要新增校准器的话,需要定义以下几项,以85052C为例,需要对应输入相关的参数:

  • THRU(延迟 0 ps,偏置损耗 1.3 GΩ/s)

  • REFLECT(短路,延迟 0 ps)

  • MATCH(在 0 到 2GHz 之间)

  • LINE1(50-Ω 传输线,在 2G 到 7GHz 之间延迟为 54.0 ps)

  • LINE2(50-Ω 传输线,在 7G 到 32GHz 之间延迟为 13.0 ps)


上Keysight官网下载到85052C的校准参数,如下图:

然后对应在仪表上输入。

  1. 单击【Define STDs】(定义标准)。

  2. 单击【No Name】(1:无名称)>【Label】(标记),然后输入【THRU】(直通)。

  3. 选择【STD Type】(标准类型)>【Delay/Thru】(时延/直通)。

  4. 将【Offset Loss】(偏置损耗)设置为 1.3GΩ/s,并将【Offset Delay】(偏置延迟)设置为 0。

匹配负载的输入

  1. 单击【No Name】(3:无名称)>【Label】(标记)。

  2. 键入【MATCH <0~2G】。

  3. 单击【STD Type】(标准类型)>【Load】(负载)。

  4. 将【Max Frequency】(最大频率)设置为 2GHz。

定义两条Line

  1. 单击【No Name - Label】(4:无名称 - 标记)。

  2. 键入【LINE <2~7G】。

  3. 单击【STD Type - Thru】(标准类型 - 直通)。

  4. 将【Offset Delay】(偏置延迟)设置为 54 ps。

  5. 将【Min Frequency】(最小频率)设置为 2 GHz。

  6. 将【Max Frequency】(最大频率)设置为 7 GHz。

  7. 单击【Return】(返回),返回【Define Std】(定义标准)菜单。

  8. 单击【No Name - Label】(5:无名称 - 标记)。

  9. 键入【LINE >7G~32G】。

  10. 单击【STD Type】(标准类型)>【Thru】

  11. 将【Offset Delay】(偏置延迟)设置为 13 ps。

  12. 将【Min Frequency】(最小频率)设置为 7 GHz。

设置TRL校准件

  1. 按【Cal】(校准)键。

  2. 单击【Cal Kit】(校准套件),然后选择校准套件。

  3. 单击【Modify Cal Kit】(修改校准套件)>【TRL Option】(TRL 选件)。

  4. 单击【Impedance】(阻抗),选择参考阻抗。

进行2端口TRL校准

直通校准

  1. 采用直通或传输线连接在端口 1 和端口 2 之间

  2. 单击【Thru/Line】(直通/传输线)。

  3. 单击【Port 1-2 Thru】(端口 1-2 直通),进行直通/传输线测量。

  4. 单击【Return】(返回)。 

反射校准

  1. 单击【Reflect】(反射)

  2. 单击【Port 1 Reflect】(端口 x 反射),对测试端口 1 进行反射校准。

  3. 单击【Port 2 Reflect】(端口 y 反射),对测试端口 2 进行反射校准。

  4. 单击【Return】(返回)。

传输线校准

  1. 单击【Line/Match】(传输线/匹配),将对应的Line连接上去。

  2. 单击【Done】(完成),完成 TRL 2 端口校准。

TRL校准中,传输线的特性阻抗即为系统的特性阻抗标准(不论你将系统的特性阻抗改为多少) 。LRL校准套件可以是同轴、波导和微带的形式。

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