針對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀電子校準(zhǔn)件的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)選取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及矢量網(wǎng)絡(luò)分析領(lǐng)域，尤其是一種針對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀電子校準(zhǔn)件的校 準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)選取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀電子校準(zhǔn)件的各種阻抗?fàn)顟B(tài)由傳輸線、電子開(kāi)關(guān)和電子標(biāo)準(zhǔn)共同 確定。由于在信號(hào)通道中有多個(gè)器件的互聯(lián)，存在著多個(gè)不連續(xù)點(diǎn)。這些不連續(xù)點(diǎn)的存在 對(duì)控制各種阻抗?fàn)顟B(tài)的參數(shù)會(huì)帶來(lái)影響，使建立電子標(biāo)準(zhǔn)的精確模型變得非常困難，帶來(lái) 的多重反射會(huì)使電子標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際S參數(shù)和設(shè)計(jì)值之間發(fā)生嚴(yán)重偏離。再加上微部件組裝等 不確定因素的影響，致使生產(chǎn)出來(lái)的電子校準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)間有"標(biāo)準(zhǔn)沖突"的現(xiàn)象。
[0003] 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)電子校準(zhǔn)件校準(zhǔn)之后，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差將通過(guò)各個(gè)標(biāo) 準(zhǔn)的標(biāo)定值和測(cè)量值被量化，這就是端口誤差系數(shù)求解。根據(jù)電子校準(zhǔn)可以提供多種標(biāo)準(zhǔn) 的優(yōu)勢(shì)，使用可變權(quán)重電子校準(zhǔn)算法對(duì)超定方程組求解可以對(duì)提高誤差系數(shù)求解精度。
[0004] 誤差系數(shù)求解過(guò)程為：
[0005] a、每一個(gè)端口上進(jìn)行加權(quán)最小二乘法求解，得到每個(gè)端口對(duì)應(yīng)的反射誤差系數(shù) 項(xiàng)。
[0006] b、每?jī)蓚€(gè)端口間使用十二項(xiàng)誤差模型求解對(duì)應(yīng)傳輸誤差系數(shù)項(xiàng)。
[0007] 兩端口間的傳輸誤差項(xiàng)求解為通常的線性方程求解。而單端口反射誤差系數(shù)采用 的是超定方程最小二乘求解。誤差系數(shù)方向性、源匹配、反射跟蹤分別由EDF、ESF、E rf表示， Γ\表示電子標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量值，Γ表示電子標(biāo)準(zhǔn)的定標(biāo)值。誤差模型建立了誤差系數(shù)項(xiàng)、待測(cè) 件真實(shí)值、待測(cè)件測(cè)試值之間的關(guān)系，如圖1所示。
[0008] 從誤差模型可以得到：
[0009] Γ m - E DF_ (EdfEsf_Erf) Γ +Esf TmT (I)
[0010] 對(duì)于電子校準(zhǔn)件校準(zhǔn)，其校準(zhǔn)模塊由CMOS開(kāi)關(guān)組成，提供校準(zhǔn)所需的反射電子標(biāo) 準(zhǔn)和直通電子標(biāo)準(zhǔn)。原理圖見(jiàn)圖2,8個(gè)控制信號(hào)用來(lái)選擇校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，從而完成校準(zhǔn)。
[0011] 利用圖2所示的校準(zhǔn)模塊單個(gè)端口上（如端口 1)可以構(gòu)成8個(gè)電子標(biāo)準(zhǔn)阻抗?fàn)?態(tài)，其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值為Γ\、Γ2、Γ3、Γ4、Γ5、Γ 6、Γ7、rs。標(biāo)準(zhǔn)值的確定通過(guò)使用高精密 儀器定標(biāo)得到。校準(zhǔn)過(guò)程中的測(cè)量值為Γμ、Γ&、1\ 3、Γμ、Γ#、Γμ、1\7、Γ^。
[0012] 對(duì)于上述電子校準(zhǔn)件提供的8個(gè)電子標(biāo)準(zhǔn)阻抗?fàn)顟B(tài)，得到方程組用矩陣形式表 示：
[0014] 將其簡(jiǎn)化表示為：
[0015] AXx = b (3)
[0016] 在利用最小二乘求解方程時(shí)，如果出現(xiàn)病態(tài)矩陣，方程將無(wú)解或存在錯(cuò)誤解。而電 子校準(zhǔn)件作為MMIC實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)遠(yuǎn)不如機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件指標(biāo)，但這并不妨礙這些MMIC阻抗 狀態(tài)稱為一種電子校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)殡娮有?zhǔn)使用基于數(shù)據(jù)文件的定標(biāo)方式和多標(biāo)準(zhǔn)多狀態(tài) 的誤差系數(shù)求解算法，使用這些標(biāo)準(zhǔn)一樣可以進(jìn)行精確的誤差系數(shù)求解，但對(duì)這種標(biāo)準(zhǔn)有 三個(gè)基本的要求：
[0017] ①標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)曲線不能有突變點(diǎn)存在，避免在誤差系數(shù)求解計(jì)算中不能正確的進(jìn)行 插值計(jì)算。
[0018] ②每個(gè)頻率點(diǎn)的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的阻抗?fàn)顟B(tài)在史密斯原圖上能分布散開(kāi)，即各個(gè)電子標(biāo) 準(zhǔn)阻抗?fàn)顟B(tài)要有獨(dú)立性，這樣能保證誤差系數(shù)求解過(guò)程中所列方程組為非病態(tài)矩陣，降低 誤差系數(shù)的求解精度。
[0019] ③標(biāo)準(zhǔn)的阻抗?fàn)顟B(tài)要具有穩(wěn)定性，能在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，避免頻繁的定標(biāo) 操作。
[0020] 從圖3可以看出，隨著頻率的升高，在40GHz附近，各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的阻抗曲線逐漸擰在 一起，這種阻抗?fàn)顟B(tài)趨于一致的現(xiàn)象已不能保證電子標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立性。從而不能保證最小二 乘求解時(shí)，方程（3)不出現(xiàn)病態(tài)。
[0021] 另外模塊內(nèi)還有用于溫度控制的電路。模塊外部還需裝配相應(yīng)的微波模塊接頭。
[0022] 也就是說(shuō)，不同電子校準(zhǔn)件裝配后的相同標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)值，是有區(qū)別的。這種不一致性 也造成了方程（3)求解時(shí)，不能通過(guò)某個(gè)校準(zhǔn)件的特性來(lái)確定整個(gè)批次的校準(zhǔn)件特性。
[0023] 現(xiàn)有電子校準(zhǔn)件在提高指標(biāo)方面，主要是通過(guò)詳細(xì)的麗IC設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的流片工 藝、高精度的連接器設(shè)計(jì)等方法。在算法上主要是在原有最小二乘基礎(chǔ)上，進(jìn)行加權(quán)處理來(lái) 提高校準(zhǔn)精度。
[0024] 從工藝、設(shè)計(jì)方面出發(fā)的改進(jìn)是提高電子校準(zhǔn)件校準(zhǔn)精度的根本。但是現(xiàn)有工藝 和設(shè)計(jì)方案已經(jīng)固定，提高的余量有限。
[0025] 通過(guò)加權(quán)最小二乘方法對(duì)校準(zhǔn)精度提高時(shí)，需要依據(jù)校準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)的特性進(jìn)行權(quán)值 的設(shè)置。由于校準(zhǔn)件批次一致性難以保證，不能對(duì)某個(gè)電子校準(zhǔn)件進(jìn)行權(quán)值計(jì)算，然后應(yīng)用 到全部校準(zhǔn)件的校準(zhǔn)計(jì)算上，即可生產(chǎn)性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種針對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀電子校準(zhǔn)件的 校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)選取方法。
[0027] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0028] 針對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀電子校準(zhǔn)件的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)選取方法，其特征在于，所述校準(zhǔn)標(biāo) 準(zhǔn)選取方法采用如下步驟：
[0029] 步驟1，將電子校準(zhǔn)件的定標(biāo)值轉(zhuǎn)化為在史密斯圓圖上的數(shù)值，電子校準(zhǔn)件的定標(biāo) 值個(gè)數(shù)為η ;
[0030] 步驟2,利用方程求解出不同標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)值間的相關(guān)性數(shù)值r(i，j);
[0031] 步驟3,將步驟2中獲得的所有的相關(guān)性參數(shù)構(gòu)成矩陣R ;
[0032] 步驟4,設(shè)定相關(guān)容忍度閾值ζ (0〈ζ〈1);
[0033] 步驟5,利用選取標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)組合；
[0034] 步驟6,在電子校準(zhǔn)件固件程序中，標(biāo)記步驟5選取的標(biāo)準(zhǔn)組合；
[0035] 步驟7,利用電子校準(zhǔn)件校準(zhǔn)時(shí)，選擇標(biāo)記的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行單端口誤差的求 解；
[0036] 步驟8,利用單端口系統(tǒng)誤差，結(jié)合直通測(cè)量數(shù)據(jù)得到傳輸跟蹤、負(fù)載匹配誤差。
[0037] 所述步驟2中利用如下方程求解出不同標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)值間的相關(guān)性數(shù)值：
[0039] 其中：t為定標(biāo)點(diǎn)，p為定標(biāo)點(diǎn)總數(shù)，Γ it為第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在定標(biāo)點(diǎn)t上的定標(biāo)值，.Ff 為第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所有定標(biāo)值的平均值，r(i，j)表示第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與第j個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)性，并且 r (i，j) = r (j, i) 〇
[0040] 所述步驟3中矩陣R為：
[0042] 所述步驟5中利用選取標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)組合采用如下步驟：
[0043] A、選取的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)為V，令V = η ;
[0044] Β、若V < 3,則沒(méi)有符合要求的組合，退出運(yùn)算；
[0045] 若V > 3，在η個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中選取V個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（總共有_.€^個(gè)組合），針對(duì)每個(gè)組合由步驟 3得到相關(guān)矩陣，并記作&、I、…iI q，對(duì)Rvl的矩陣元素求模值，然后元素累加得到Svl，同 理矩陣
：中找到最小的值，記作 R . v'mm.
[0046] CjtIvmn是否滿足步驟4設(shè)置的閾值要求進(jìn)行判斷，判斷是否滿足閾值要求：
若滿足此要求，記錄構(gòu)成氣mitt的標(biāo)準(zhǔn)，成功退出；若不滿足此要求，V減少1，重 復(fù)步驟B，再次進(jìn)入循環(huán)進(jìn)行計(jì)算判斷；
[0047] 其中，武胃n-V排除對(duì)角線元素的影響，V(V-I)為剩余元素的總數(shù)。
[0048] 采用如上技術(shù)方案取得的有益技術(shù)效果為：
[0049] 本發(fā)明充分利用了電子校準(zhǔn)件可以存儲(chǔ)信息的特點(diǎn)，將可用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)記，無(wú)需 對(duì)硬件方面進(jìn)行更改。
[0050] 本發(fā)明通過(guò)校準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量計(jì)算，利用對(duì)電子校準(zhǔn)件定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)性，計(jì)算得 到相關(guān)性矩陣，并依據(jù)閾值得到相關(guān)性弱的標(biāo)準(zhǔn)，能有效避免"標(biāo)準(zhǔn)沖突"的現(xiàn)象，標(biāo)記的標(biāo) 準(zhǔn)運(yùn)用到校準(zhǔn)過(guò)程中，提高校準(zhǔn)的速度和精度，且可生產(chǎn)性強(qiáng)。
[0051] 標(biāo)準(zhǔn)選擇過(guò)程在電子校準(zhǔn)件定標(biāo)之后，僅需根據(jù)定標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)程序自動(dòng)計(jì)算，無(wú) 需人為參與，適合自動(dòng)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0052] 圖