矢量网络分析仪（VNA）校准与测试方法

一、校准的必要性与误区

VNA校准是精确测量的前提，其本质是建立误差模型并求解误差项，从而消除测试系统（电缆、连接器等）对结果的影响。然而，并非每次测量新项目都必须重新校准。

若新测试项目的条件（如频率范围、功率、电缆连接）与已有校准状态（State）相似，可尝试调用（Load State）并验证先前的校准状态。若验证合格，即可直接使用，无需重复校准。这能有效减少校准件的磨损和污染，延长其使用寿命。

二、校准原理简述

以单端口测量为例，理想VNA测试面与DUT测试面间存在误差网络，包含三个误差项。为求解它们，需建立三个不相关的线性方程。校准过程即通过接入三个反射系数已知的标准件（如开路件 Γ=1\Gamma=1Γ=1、短路件 Γ=−1\Gamma=-1Γ=−1、负载件 Γ=0\Gamma=0Γ=0），由VNA测量其实际响应，解算出误差项。后续测量中，仪器便能通过数学运算消除这些误差项，还原DUT的真实特性。

双端口测量更为复杂，正反向共包含12项系统误差。常见的校准方法如SOLT（短路-开路-负载-直通），其本质也是通过已知特性的标准件建立方程求解误差网络的S参数（或T参数），进而实现去嵌入（De-embedding）。

三、常用校准方法

● SOLT校准：最常用的方法，适用于大多数同轴测量场景。使用短路、开路、负载和直通四个标准件，能有效消除12项系统误差。

● 其他方法：根据应用场景不同，还有TRL（直通-反射-传输线，适用于非同轴或高频高精度测量）、LRM（长线-反射-匹配）等。电子校准件（ECal）则能通过电子切换状态，大幅提升校准速度和便利性。

四、实际操作步骤与要点

1. 测试参数设置： 根据DUT特性设置频率范围（通常略大于测试需求）、扫描点数、中频带宽（IFBW，影响噪声和速度）等。特别注意设置合适的功率电平：无源器件可用0dBm；有源器件（如放大器）需确保激励信号低于其1dB压缩点，大功率器件测试时更需在VNA输入端加接衰减器，防止损坏仪器。

2. 选择校准件与方法： 务必在VNA中正确选择所用校准件的型号（如N型、SMA型），因为仪器内部存储了该型号校准件的理想参数模型。若选择错误，校准将失效。随后按照仪器引导进行操作。

3. 执行校准： 以SOLT为例，依次将开路、短路、负载标准件连接至对应端口，按提示完成测量；最后连接直通件（Thru），完成双端口校准。

4. 校准结果验证： 这是确保校准质量的关键步骤。

○ 开路验证：取下端口连接器，观察Smith圆图上S11/S22曲线是否位于开路点（圆周最右端）。

○ 负载验证：端口接50Ω负载，观察Smith圆图上曲线是否聚集于中心点（匹配点）。

○ 直通验证：两端口连接直通件，观察S21/S12幅度曲线是否平坦且接近0dB。

五、良好操作习惯

● 防尘与清洁：VNA端口和电缆不用时务必盖上防尘罩。定期清洁连接器，防止灰尘和氧化层引入误差。

● 电缆管理：对测试电缆进行标号，并尽可能固定VNA各端口与特定电缆的连接，减少因频繁插拔和更换电缆带来的不确定性。

● 轻拿轻放：连接电缆和校准件时动作要轻柔，避免用力过猛损坏螺纹或中心针。

遵循以上步骤和注意事项，能有效保证VNA测量数据的准确性和可靠性。