VNA向量網路分析儀使用前的校正，為什麼這麼重要？Ecal跟AFR功能有多方便!

在上一篇什麼是網路分析儀？評估與選購向量網路分析儀的關鍵技術指標中我們提到網路分析儀的基本定義，以及選購網路分析儀要注意的一些關鍵技術指標。然而即使再好的測試設備也會存在瑕疵，導致測量結果不太理想。網路分析儀的誤差修正對測量結果的影響甚為顯著，做好網儀使用前的校正更能準確的表示待測物 (DUT) 的實際性能

文末提供使用機械校正器85033E機械校正套件執行E5071C網路分析儀校正操作影片

本文包含以下部分，可點選快速連結（附介紹影片）

◆ 量測儀器的三種誤差干擾
◆ 網路分析儀進行使用者校正的方法與步驟
◆ 完整解析影片：網路分析儀為什麼要做校正
◆ 操作教學影片：使用85033E機械校正套件進行E5071C校正
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　　即便是再好的測試設備也會存在瑕疵，導致測量結果不太理想。這些導致測量誤差的缺陷中，有一些是隨著時間和溫度的變化而可重複、可預測，並且可以消除，另一些則是隨機的，無法消除。

　　誤差修正對測量結果的影響非常顯著。下圖中，如果沒有誤差修正，帶通濾波器的測量結果顯示出相當大的損耗和紋波。經雙埠校正後的跡線消除了系統誤差的影響而更加平滑，並且更準確的表示了待測物 (DUT) 的實際性能。

測量濾波器輸入損耗-品勛科技

↑　測量濾波器輸入損耗

所有測量系統，包括那些使用網路分析儀的系統，都可能受到三種測量誤差的困擾：

◆　系統性誤差
◆　隨機誤差
◆　漂移誤差

1. 系統誤差

是由測試設備和測試設置的缺陷引起的。這些誤差不隨時間而變化，它們可以通過校正來表徵，並在測量過程中以數學方法來消除。網路測量中遇到的系統誤差與信號洩漏、信號反射和頻率響應有關。有六種類型的系統誤差：

- 與信號洩漏有關的方向性和串擾誤差
- 與反射有關的電源和負載阻抗不匹配
- 由測試接收機內的反射和傳輸跟蹤引起的頻率響應誤差

( 完整的兩埠誤差模型包括所有六個用於表示正向的誤差和另外的六個反向誤差，總共有十二個誤差項。這就是為什麼經常將兩埠校正稱為十二項誤差修正)

系統誤差-網路分析儀校正的重要性
↑　系統誤差

2. 隨機誤差

隨時間而隨機變化。由於它們不可預測，因此無法通過校準將其移除。造成隨機誤差的主要因素包括儀器雜訊（例如IF本底雜訊）、開關可重複性和連接器可重複性等。使用網路分析儀時，通常可以通過提高源功率、減小IF頻寬或使用多次掃描的跡線平均等方法來降低雜訊誤差。

3. 漂移誤差

是指經過校正的測試系統的性能發生的變化。這主要是由溫度變化引起的，可以通過額外的校正來消除。漂移率決定了需要額外校正的頻率。但是，通過構建環境溫度穩定的測試環境，通常可以將漂移誤差降至最低。雖然可以指定測試設備在0°C 至+55°C 的溫度範圍內運行，而更可控的溫度範圍（例如 +25°C ± 5°C）可以通過最大限度地減少漂移誤差來提高測量精度，並減少或消除對定期重新校正的依賴。

網路分析儀出廠前都校正過，為什麼使用之前還要使用者校正？

　　在射頻和微波測試設備中，VNA具有獨特的校正技術。雖然VNA和其他射頻和微波測試設備一樣都有經過原廠校準，且通常需要進行年度檢查以確保其可正常運作，但由於VNA屬於收送同機的量測儀器，需要進行額外可在進行量測之前由使用者執行的「使用者校正」，才能夠排除電纜、轉接器以及 DUT 連接中使用的影響。透過消除配件的影響，使用者校正將可對DUT效能進行精確的量測，也能讓設計人員在將待測物置入子系統中時更充分瞭解其效能。

網路分析儀進行使用者校正的方法與步驟

目前有多種不同的 VNA 校正方法，您需要的複雜性取決於您所需的準確度以及預算

1. 回應校正

這是最快速又容易的方法，但不如其他方式來的準確。若您只需要S參數或反射量測，即可使用開路(open)或短路(short)來量測測試設定回應。若只需要S參數或傳輸量測，可以只使用直通(through)標準。

2. SOLT (開路 - 短路 - 負載 - 直通)

一般來說如果要量Return Loss、VSWR、阻抗，可以只選1-Port Cal。如果需要量Gain、Insertion Loss、Group Delay、Isolation等，則必須選擇2-Port以上的校正。此方法即可完成精確的完整 S 參數量測能力，不過，缺點是步驟相對繁瑣，需要分別使用機械校正套件內的OPEN、SHORT、 LOAD來進行反射以及穿透校正，且一般只適合用於同軸測試環境。

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* 延伸查看：使用85033E機械校正套件進行E5071C校正操作影片

3. 電子式校正器(Ecal)

　　若覺得使用機械校正套件進行校正太費時，電子校正器就是一大福音！只需連接電子校準標準件，VNA即可對 S 、S 、S 和 S 進行簡單、快速、非常精確的校準，這一個過程通常不用超過３０秒！要想最大限度地減少校準過程中的人為誤差，ECal是一個極好的選擇。使用者只要將電子校正器Ecal連接到網絡分析儀的測試埠上，並在校準菜單中選中ECal，即可自動感知埠連接並開始其校準過程。此類校準可有效簡化校準程序，同時提供高準確度的結果！
　　通常我們會覺得，電子校正器比機械式校正器貴的多，Keysight 推出了N755xA 系列兩埠經濟型ECal，可協助使用者對向量網路分析儀進行快速、方便和準確的校驗。亦可將使用傳統機械校驗套件所需的校驗時間縮短一半，僅需將它連接到儀器，韌體可接著處理其餘的工作。

* 延伸查看：Keysight電子校正套件Ecal，立刻詢價

4. TRL (直通、反射、線)

　　TRL 校準非常精確，在大多數情況下比 SOLT 校準更精確。不過，只有極少數校準套件包含 TRL 標準。此種校正方法適合用於非同軸測試環境，例如PCB上表面元件、波導、夾具、經圓表面測量等無法使用標準校正件進行校正的待測物。如果要求高準確度，且在與 DUT 相同的接頭類型中沒有校準標準，則通常會執行 TRL 校準。當使用測試固定裝置，或是使用探針進行晶片量測時，通常都屬於這種情況。因此，在某些狀況下，使用者必須在與受測裝置配置相同的媒體類型中建構並特性化標準。

　　不過，許多現代裝置都沒有同軸連結，需要透過測試夾具來連接至同軸儀器。使用者可能需要使用探棒來量測晶圓上裝置，或是將小型裝置夾在同軸轉接器上。然而，裝置和儀器間的任何物體，包括測試夾具，都會對量測帶來不確定性。繁瑣的校驗步驟可消除測試夾具效應，但是也會降低量測速度，而且需要特定的校驗標準套件。針對此一難題，是德科技全新推出的P93xxB Streamline Series USB向量網路分析儀可選配AFR自動夾具移除功能！自動測試夾具移除（Automatic Fixture Removal）軟體提供可逐步指引使用者完成設定的精靈，並接著協助使用者執行所有量測和修正，無需再製作額外且複雜的校件件。甚至可以匯出解嵌入檔案，以立即對其他儀器執行測試夾具移除。