矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置校準(zhǔn)規(guī)范-征求意見稿

1、PAGE II 中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范 JJF XXXX-XXXX矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置校準(zhǔn)規(guī)范Calibration Specification for Port-extended Test Sets of Vector Network Analyzer（征求意見稿）202X-XX-XX發(fā)布 202X-XX-XX實施國家市場監(jiān)督管理總局 發(fā)布JJF XXXX-202XJJFXXXX-XXXX矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置校準(zhǔn)規(guī)范Calibration Specification for Port-extended Test Setsof Vector Network Analyzer

2、 歸 口 單 位：全國無線電計量技術(shù)委員會主要起草單位：中國計量科學(xué)研究院天津大學(xué)青島海洋技術(shù)研究院參加起草單位： 湖南省計量檢測研究院蘇州市計量測試院廣東工業(yè)大學(xué)北京芯宸科技有限公司本規(guī)范委托全國無線電計量技術(shù)委員會負(fù)責(zé)解釋本規(guī)范主要起草人：xxx（中國計量科學(xué)研究院） xxx（中國計量科學(xué)研究院）xxx（天津大學(xué)青島海洋技術(shù)研究院） 參加起草人：xxx（湖南省計量檢測研究院）xxx（蘇州市計量測試院）xxx（廣東工業(yè)大學(xué)）xxx（北京芯宸科技有限公司）JJF XXXX-202X 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置校準(zhǔn)規(guī)范范圍本規(guī)范適用于N、SMA、3.5mm和2.92mm同軸接頭型式的50矢量網(wǎng)絡(luò)

3、分析儀端口擴展裝置（包括滿足矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀擴展要求的開關(guān)矩陣）的校準(zhǔn)，頻率范圍10MHz8.5GHz。其它頻率范圍、同軸接口類型、特性阻抗的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置可參照執(zhí)行。引用文件JJF 1495-2014 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)規(guī)范IEEE Standard 287 HYPERLINK /ck/a?!&p=e99c878a48eb01a3fee91231c92aa0a6d14906273da78220681a6ba29ed64afdJmltdHM9MTY1MzIyNDk4NiZpZ3VpZD0wZTZiYzRhNC1jZWFjLTQ5ZGYtOTA2Ni04Yjc4NzYyZmUwYTYm

4、aW5zaWQ9NTI5Mg&ptn=3&fclid=737d4d12-d9d0-11ec-a45c-f857a5205a10&u=a1aHR0cHM6Ly93d3cuYW50cGVkaWEuY29tL3N0YW5kYXJkLzUxNTYyNzAtMS5odG1s&ntb=1 t _blank 精密同軸連接器標(biāo)準(zhǔn)(DC110GHz) Standard for Precision Coaxial Connectors (DC to 110 GHz) 凡是注日期的應(yīng)用文件，僅是注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本規(guī)范。術(shù)語和計量單位3.1 方向性

5、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在進(jìn)行反射測量時都要用到定向耦合器或者定向電橋，對于理想的耦合器來說，只有從被測件反射回來的信號。但實際由于耦合器等不理想，會有一部分入射信號泄漏混入到反射信號中，這就是反射測量中的方向性誤差。3.2 端口負(fù)載匹配矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在進(jìn)行傳輸測量中，由于負(fù)載測試端口與系統(tǒng)阻抗之間失配，傳輸信號中有一部分又反射回接收端口，這就是傳輸測量中的負(fù)載匹配誤差項。 概述隨著5G MIMO的廣泛應(yīng)用，需要對多端口器件進(jìn)行測量，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)測試時，需要在被測器件(DUT)的各個端口之間多次變換測試電纜和端接負(fù)載。為同時滿足較多端口散射參數(shù)測試，可以通過使用一個外置測試裝置(其中包含

6、更多的測試端口連接鏈路)及必要的開關(guān)(這些開關(guān)可以讓外部測試裝置與VNA本身緊密地集成在一起)來擴展VNA的端口數(shù)量，一般稱之為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置，如圖1。使用端口擴展裝置可以實現(xiàn)多端口快速測試，任意端口對組合之間的信號通道測量，同時還包括更高效的誤差校準(zhǔn)方法，消除所有測試端口和通道的系統(tǒng)誤差。圖1矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置計量特性5.1插針深度+15m-70m5.2頻率范圍10MHz8.5GHz5.3端口駐波比 1.255.4通道插損10dB 5.5通道間隔離度70dB 5.6 方向性(未修正)8dB5.7 端口負(fù)載匹配(未修正)8dB 注：以上技術(shù)指標(biāo)不作合格性判定，僅供參考。校準(zhǔn)

7、條件6.1環(huán)境條件環(huán)境溫度：（233）；相對濕度：（4080）%；電源電壓及頻率：（22011）V，（501）Hz；其他：周圍無影響校準(zhǔn)工作正常進(jìn)行的電磁干擾及機械振動。6.2測量標(biāo)準(zhǔn)及其它設(shè)備6.2.1 網(wǎng)絡(luò)分析儀頻率范圍：10MHz8.5GHz；校準(zhǔn)后方向性、端口匹配優(yōu)于30dB。6.2.2 插針深度量規(guī)（含連接器量塊）測量不確定度優(yōu)于4m（k=2）。6.2.3 同軸校準(zhǔn)件特性阻抗50；頻率范圍：10MHz8.5GHz；接頭型式N、SMA、3.5mm和2.92mm同軸接頭；開/短路器反射系數(shù)模值：0.98匹配負(fù)載回波損耗：優(yōu)于30dB。6.2.4 線纜和連接器頻率范圍：10MHz8.5GH

8、z；接頭型式對應(yīng)N、SMA、3.5mm和2.92mm同軸接頭；駐波比：1.20；線纜幅度穩(wěn)定度：0.05dB；相位穩(wěn)定度：3。校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)項目校準(zhǔn)項目見表1。表1校準(zhǔn)項目表序號項目名稱條款1外觀檢查7.22插針深度7.33端口駐波比7.44通道插損7.55通道間隔離度7.66方向性7.77端口負(fù)載匹配7.87.2外觀檢查7.2.1檢查被校矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置接頭以及外表面狀況，應(yīng)無影響正常工作的機械損傷，各種必要的附件和文件應(yīng)齊全，檢查結(jié)果記錄到表A.1。7.2.2通電后，內(nèi)部開關(guān)功能正常，測試端口切換正確。注：被校校準(zhǔn)件的端口表面和內(nèi)部如有污垢會影響校準(zhǔn)結(jié)果，也會將污垢

9、帶給校準(zhǔn)中使用的其他標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，因此需按被校校準(zhǔn)件的使用指南對被校校準(zhǔn)件進(jìn)行清潔。7.3插針深度7.3.1 用連接器量塊對插針深度量規(guī)進(jìn)行零位校準(zhǔn)；7.3.2 用插針深度量規(guī)分別對被校矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置各端口進(jìn)行插針深度的測量，多次測量并記錄結(jié)果，取平均值為插針深度的測量結(jié)果，記錄到表A.2中。注：兩種極性的接頭均需測量，需配合不同接頭形式的插針深度量規(guī)。7.4端口駐波比7.4.1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備）的兩個測試端口均連接線纜，在線纜末端分別連接校準(zhǔn)件配套的精密連接器，如圖2所示。圖 2 被測件校準(zhǔn)連接框圖7.4.2 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試信號頻率設(shè)置為被測件所需頻點，功率設(shè)置在0

10、dBm，接收機中頻帶寬設(shè)置為不大于1KHz，儀器預(yù)熱至少30分鐘。7.4.3采用OSLT機械校準(zhǔn)件或電子校準(zhǔn)件，在精密連接器端面對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行OSLT/UOSM校準(zhǔn)。7.4.4根據(jù)被測件端口的極性，選擇精密連接器相反極性線纜連接被測件已選端口，測得其反射系數(shù)，格式為駐波比VSWRm，記錄到表A.3中。7.4.5控制開關(guān)切換，依次測量其它所有端口反射系數(shù)，記錄駐波比VSWRmi，i對應(yīng)測試端口編號，記錄到表A.3中。注：選通鏈路的另一端口端接50匹配負(fù)載。7.5通道插損7.5.1按7.4.17.4.3用校準(zhǔn)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測量矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置已選通兩端口對的傳輸系數(shù)，記錄對數(shù)格

11、式結(jié)果I.Lm；7.5.2 控制開關(guān)切換，依次測量其它所有端口兩兩組合之間的傳輸系數(shù)，記錄對數(shù)格式結(jié)果I.Lmij，i,j對應(yīng)測試端口編號；7.5.3 依次將測得的結(jié)果記錄于附錄A.4。7.6通道間隔離度7.6.1按7.4.17.4.3用校準(zhǔn)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測量矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置已選通端口與未選通端口對的傳輸系數(shù)，記錄對數(shù)格式結(jié)果I.Om；7.6.2控制開關(guān)切換，依次測量其它所有端口與未選通端口兩兩組合之間的傳輸系數(shù)，記錄對數(shù)格式結(jié)果I.Omij，i,j對應(yīng)測試端口編號；7.6.3 依次將測得的結(jié)果記錄于附錄A.5。注：選通鏈路的未測試端口均端接50匹配負(fù)載。7.7方向性(未修正)7

12、.7.1用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀與端口擴展裝置，按端口擴展規(guī)則進(jìn)行連接，如圖3；7.7.2 采用單端OSL校準(zhǔn)，在端口擴展裝置測試端口完成自校準(zhǔn)，記錄方向性對數(shù)格式結(jié)果Dm；圖 3 被測件校準(zhǔn)連接框圖7.7.3控制開關(guān)切換，依次對其它所有測試端口進(jìn)行OSL校準(zhǔn)后，記錄方向性對數(shù)格式結(jié)果Dmi；，i對應(yīng)測試端口編號；7.7.4 依次將測得的結(jié)果記錄于附錄A.5。7.8端口負(fù)載匹配(未修正)7.8.1用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀與端口擴展裝置，按端口擴展規(guī)則進(jìn)行連接，如圖4；7.8.2 采用雙端Q-OSLT校準(zhǔn)，完成在端口擴展裝置所有測試端口的自校準(zhǔn)，記錄端口負(fù)載匹配對數(shù)格式結(jié)果Mmi，i對應(yīng)測試端口編號；圖 4 被

13、測件校準(zhǔn)連接框圖7.8.3 依次將測得的結(jié)果記錄于附錄A.6。注：7.8.2 也可采用OSLT或UOSM校準(zhǔn)。校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口擴展裝置校準(zhǔn)后，出具校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書至少應(yīng)包含以下信息：a)標(biāo)題：“校準(zhǔn)證書”；b)實驗室名稱和地址；c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點（如果與實驗室的地址不同）；d)證書的唯一性標(biāo)識（如編號），每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識；e)客戶的名稱和地址；f)被校對象的描述和明確標(biāo)識；g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期，如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時，應(yīng)說明被校對象的接收日期；h)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性應(yīng)用有關(guān)時，應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說明；i)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識，包括名稱及代號；j)本

14、次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明；k)校準(zhǔn)環(huán)境的描述；l)校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明；m)對校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說明；n)校準(zhǔn)證書簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識；o)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的說明；p)未經(jīng)實驗室書面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)制證書的聲明。復(fù)校時間間隔復(fù)校時間間隔由用戶根據(jù)使用情況自行確定，推薦為1年。附錄 A 原始記錄參考格式表A.1 外觀檢查檢查項目結(jié)果外觀表A.2 插針深度被測件極性下限/m實測值/m上限/m不確定度/m123平均值端口1-M-F-端口n表A.3 端口駐波比Port i (i=1 .n)信號頻率GHzVSWR 標(biāo)稱值VSWR實測值不確定度-M-F-M-F-M-F

15、-表A.4 通道插損Port i-j (i,j=1 .n)信號頻率GHzLog幅度 標(biāo)稱值/dBLog幅度 實測值/dB不確定度/-M-F-M-F-M-F-表A.5 通道間隔離度Port i-j (i,j=1 .n)信號頻率GHzLog幅度 標(biāo)稱值/dBLog幅度 實測值/dB不確定度/-M-F-M-F-M-F-表A.6 方向性Port i (i=1 .n)信號頻率GHzLog幅度 標(biāo)稱值/dBLog幅度 實測值/dB不確定度-M-F-M-F-M-F-表A.7 端口負(fù)載匹配Port i (i=1 .n)信號頻率GHzLog幅度 標(biāo)稱值/dBLog幅度 實測值/dB不確定度-M-F-M-F-M-

16、F-附錄 B 校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式表B.1 外觀檢查檢查項目結(jié)果外觀表B.2 插針深度被測件極性下限/m實測值/m上限/m不確定度/m端口1-M-F-端口n表B.3 端口駐波比Port i (i=1 .n)信號頻率GHzVSWR 實測值VSWR標(biāo)稱值不確定度-M-F-M-F-M-F-表B.4 通道插損Port i-j (i,j=1 .n)信號頻率GHzLog幅度 實測值/dBLog幅度 標(biāo)稱值/dB不確定度/-M-F-M-F-M-F-表B.5 通道間隔離度Port i-j (i,j=1 .n)信號頻率GHzLog幅度 實測值/dBLog幅度 標(biāo)稱值/dB不確定度/-M-F-M-F-M-F-表B.6

17、 方向性Port i (i=1 .n)信號頻率GHzLog幅度 實測值/dBLog幅度標(biāo)稱值/dB不確定度-M-F-M-F-M-F-表B.7 端口負(fù)載匹配Port i (i=1 .n)信號頻率GHzLog幅度 實測值/dBLog幅度標(biāo)稱值/dB不確定度-M-F-M-F-M-F-12附錄 C主要測量不確定度評定示例C.1 插針深度C.1.1 不確定度來源插針深度測量的不確定度來源主要包括：插針量規(guī)的不確定度、插針測量儀的分辨力以及隨機誤差。C.1.1.1插針量規(guī)引入的不確定度分量u1由插針量規(guī)的校準(zhǔn)證書上獲得，如校準(zhǔn)證書上給出的不確定度為0.2m (k=2)，則此不確定度分量為：u1=0.1mC

18、.1.1.2插針測量儀的分辨力引入的不確定度分量u2插針測量儀的分辨力為0.0001，對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u2=0.000125.423mm=0.73m;C.1.1.3隨機誤差引入的不確定度分量u3由多次測量的統(tǒng)計方法得到，如5次測量的標(biāo)準(zhǔn)差1.4m，則平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u3=1.45m=0.62m；C.1.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度ucuc=u12+u22+u32=0.96mC.1.3擴展不確定度U=kuc=1.9m (k=2)C.2 方向性C.2.1測量模型通過測量單端口校準(zhǔn)件Open/Short/Load，可以計算出方向性D。D=e00=ML (1)C.2.2 不確定度來源方向性不確定度

19、來源主要包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀OSL校準(zhǔn)的剩余誤差，測試端口連接重復(fù)性、線纜移動以及其他隨機誤差。C.2.2.1矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀OSL校準(zhǔn)剩余誤差引入的不確定度分量u1，可以根據(jù)校準(zhǔn)后的有效方向性、有效反射跟蹤、有效源匹配計算得到；服從正態(tài)分布，k=2，自由度為。C.2.2.2測試端口連接重復(fù)性、線纜移動以及其他隨機誤差引入的不確定度分量u2，由于是取多次測量結(jié)果的中位數(shù)，中位數(shù)的分散性用標(biāo)準(zhǔn)四分位數(shù)間距表示，假設(shè)測量次數(shù)N為6次，自由度為5。C.2.2.3 方向性，線性模值|D|校準(zhǔn)結(jié)果小于0.1附近，在100 MHz，8.5 GHz的不確定度分量，如表C.2.1所示。表C.2.1 方向性線性模值

20、校準(zhǔn)結(jié)果不確定度分量一覽表頻率不確定度分量來 源評定方法分布值標(biāo)準(zhǔn)不確定100 MHzu(|)網(wǎng)絡(luò)分析儀自校準(zhǔn)不完善B類正態(tài)20.002uA(|)測量重復(fù)性A類0.0018.5 GHzu(|)網(wǎng)絡(luò)分析儀自校準(zhǔn)不完善B類正態(tài)20.002uA(|)測量重復(fù)性A類0.002由式（2），方向性線性模值校準(zhǔn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度如表C.2.2所示： （2）表C.2.2 方向性線性模值模值校準(zhǔn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度頻率標(biāo)準(zhǔn)不確定度100 MHz0.00228.5 GHz0.0028合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc，對數(shù)模值，uc=1dB擴展不確定度，對數(shù)模值，U=kuc=2dB (k=2)C.3 端口負(fù)載匹配C.3.1 測量模型通過測量單端口校準(zhǔn)件Open/Short/Load和雙端口校準(zhǔn)件Thru或Line，采用OSLT/UOSM/Q-OSLT校準(zhǔn)后，可以計算出端口負(fù)載匹配。e22=S11m-e00S11me11-e （3）C.3.2 不確定度來源端口負(fù)載匹配不確定度來源主要包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀OSLT/UOSM/Q-OSLT校準(zhǔn)的剩余誤差，測試端口連接重復(fù)性、線纜移動以及其他隨機誤差。C.3.2.1矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀OSLT/UOSM/Q-OSLT校準(zhǔn)剩余誤差引入的不確定度分量u1，可以根據(jù)校準(zhǔn)后的有效方向性、有效反射跟蹤、有效源匹配，有效負(fù)載匹配，有效傳輸跟蹤計算得到；服從正態(tài)分布，k=2，自由