TRL微波器件測量去嵌入校準(zhǔn)-原理詳解

TRL微波器件測量去嵌入校準(zhǔn)--原理詳解前言：該教程是本人2012年跟安捷倫工程師討論微波器件去嵌入技術(shù)時準(zhǔn)備的，當(dāng)時討論主題如何解決TRL去嵌入算法頻率限制問題（已申請專利），現(xiàn)在摘取其中TRL算法原理部分，重新整理與大家分享。微波測量中常用的校準(zhǔn)方法有兩種：·SOLT校準(zhǔn)，即短路-開路-負(fù)載-直通校準(zhǔn)，適用同軸接頭測量，如衰減器、低噪放等。通過測量1個傳輸標(biāo)準(zhǔn)件和3個反射標(biāo)準(zhǔn)件修正12項誤差模型?！RL校準(zhǔn)，即直通-反射-延時校準(zhǔn)，適用非同軸接頭測量，如微帶線、共面波導(dǎo)等。通過測量2個傳輸標(biāo)準(zhǔn)件和1個反射標(biāo)準(zhǔn)件來決定8項誤差模型。相比SOTL而言，TRL由于校準(zhǔn)件制作成本低、校準(zhǔn)精度高等優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用。下面首先對TRL校準(zhǔn)算法進(jìn)行介紹。(1)校準(zhǔn)件和測量件一套完整的TRL校準(zhǔn)裝置包含三個校準(zhǔn)件和一個測量夾具，圖中DUT表示待測件（deviceundertest）。需要指出的是，直通校準(zhǔn)件包含的傳輸線與加載有DUT夾具的傳輸線等長，延時校準(zhǔn)件包含的傳輸線比直通校準(zhǔn)件包含的傳輸線要長，長度記為l，反射件包含的傳輸線與直通件包含的傳輸件等長，特別的，反射校準(zhǔn)件一般是通過傳輸線末端開路或短路實現(xiàn)。由于加載DUT的夾具不僅包含同軸到傳輸線的接口轉(zhuǎn)換，還包含一定長度的傳輸線，實際測試時必須考慮這兩部分對測試結(jié)果的影響。(2)誤差模型為扣除夾具帶來的影響，需采用精確的誤差模型對夾具的頻率特性進(jìn)行描述。從電路加載的角度來看，直通、延時和反射校準(zhǔn)件可以看做DUT分別是長度為零的傳輸線、長度為l的傳輸線以及特定阻抗的集總器件（并聯(lián)或串聯(lián)接入傳輸線）時的特殊夾具，可以用S參數(shù)分別表示如下聰明的讀者可能已經(jīng)猜到，通過測量三個校準(zhǔn)件的S參數(shù)，大概可以反推出夾具中除去DUT的剩余部分頻率響應(yīng)吧。Bingo！考慮到夾具與DUT部分相互級聯(lián)，為方便推導(dǎo)，特將S參數(shù)轉(zhuǎn)化為T參數(shù)對夾具各部分進(jìn)行表征。如下圖所示，TRL校準(zhǔn)的誤差模型包含a,b,c,r,α,β,ε,ρ八個參數(shù)。記測量參考面和校準(zhǔn)參考面之間包含的夾具部分分別為FixtureA和FixtureB，其中測量參考面位于VNA線纜同軸接口與夾具相連的位置（虛線表示），校準(zhǔn)參考面位于DUT的兩端（點劃線表示），可將校準(zhǔn)件和夾具的組成部分分別列表如下根據(jù)微波網(wǎng)絡(luò)理論，加載有DUT夾具的測量參數(shù)滿足通過矩陣運算不難得到：可以看出，雖然誤差模型中包含八個參數(shù)，但rρ可合并為一個變量求解，因此僅需七個量就可以完成夾具的去嵌入運算，下面具體介紹通過三次測量確定七個未知量的過程。(3)校準(zhǔn)步驟第一步：開展四次測量，得到三個校準(zhǔn)件的S參數(shù)和待測件夾具S參數(shù)第二步，將S參數(shù)轉(zhuǎn)化為T參數(shù)第三步，利用直通、延時校準(zhǔn)件T參數(shù)進(jìn)行部分求解第四步，補(bǔ)充反射校準(zhǔn)件T參數(shù)進(jìn)行完全求解第五步，將T參數(shù)轉(zhuǎn)化為S參數(shù)鑒于篇幅有限，第三步和第四步的具體推導(dǎo)過程就不在這里給出，里面主要涉及到兩次方程根的判別，分別于同軸到傳輸線的轉(zhuǎn)換以及反射校準(zhǔn)件的終端負(fù)載特性有關(guān)，具體可以參考以下教程（公眾號文章2017-02-01，TRL微波器件測量去嵌入校準(zhǔn)--夾具設(shè)計），如果大家真的想要掌握TRL校準(zhǔn)技術(shù)，必須要自己手動進(jìn)行公式推導(dǎo)（沒有想得那么麻煩，僅涉及基本微波電路和高等數(shù)學(xué)知識）。(4)注意事項·直