矢量网络分析仪的校准和误差修正介绍

50 年代后期，开始出现了对射频和微波频段的可靠的测量以及随之而来的有关可靠测量标准的要求。这便引入了用精确的同轴空气传输线作为阻抗的最基本的标准参考件[ 1 ] ，[ 2 ] ;见图1 。这些传输线使用了具有极高导电性的金属来作为导体材料，使用空气作为电介质，这归因于空气在射频和微波频段内简单的和可预测的电磁特性（例如，磁导率和介电常数）[ 3 ] 。这便保证了这些传输线的特性与理想传输线的特性是非常接近的[4 ]。
图1 一个具有不同长度的高精度参考同轴空气传输线的例子。
同样在50 年代末期和整个60 年代，人们做了大量的工作来开发高精度同轴连接器以保证在微波频段所进行的测量具有很好的重复性和可再现性[ 5 ] [ 6 ] 。为了集中精力进行这项工作，便成立了若干个委员会（包括符合IEEE 高精度同轴连接器子委员会[ 7 ] ），任务是为这些高精度连接器制定标准。在60 年代后期，具有高精度测量能力的第一台全自动矢量网络分析仪（VNA）终于问世了（见[ 8 ][ 9 ] ）。接下来这个阶段则设定为要开始采用可靠的技术来确保VNA 的测量工作（图2 ）。
图2 基于Agilent 8510 型VNA 基础上的同轴毫米波测量台。多年来，这台分析仪一直是微波测量工业的参考。
然而，在70 年代，80 年代和90 年代所进行的其它关键性的开发工作则大大地改善了VNA 的测量条件。
这些工作包括引入了：
• 较小尺寸的高精度同轴连接器（从3.5mm 连接器开始[10]，到1mm连接器结束[11]），使得测量可以在更宽的频段内进行
• 适用于校准和/或验证VNA 性能的VNA 校准和验证工具套件
• 可靠的VNA 校准技术[包括直通-反射-线段（T R L）[ 1 2 ]，线段-反射-线段（L RL ）[13 ] ，等等]
• 由国家测量标准实验室所采用的6-端口VNA [14][ 例如美国的国家标准和技术研究院局（NIST）和英国的国家物理实验室（NPL）等]来提供一种独立的测量方法以验证商业化的VNA 的性能。
最后，同样是在80 年代末和90 年代初，为了支持迅速发展的微电子工业，国家测量标准实验室（即NIST 和NPL 等）开始将它们的注意力转向了使用VNA 对平面电路进行测量的可靠性的论证。NIST 和NPL 均生产制造了含有与同轴空气传输线等效的平面电路的标准圆芯片[15]，[16] – 即高精度的共面波导段和/或微带传输线。这些传输线为进行在片测量的VNA 的校准提供了参考标准。
以上所有这些工作极大地改善了VNA 用户和专业人员的测量条件。除此之外，工业界，学术界和***实验室的测量专家们还做了大量的工作，为VNA 的测量制定了可追溯性和其它质量保证方面的机理。