TRL微波器件测量去嵌入校准--原理详解

  前言：该教程是本人2012年跟安捷伦工程师讨论微波器件去嵌入技术时准备的，当时讨论主题怎么样才能解决TRL去嵌入算法频率限制问题(已申请专利)，现在摘取其中TRL算法原理部分，重新整理与大家分享。

   SOLT校准，即短路-开路-负载-直通校准，适用同轴接头测量，如衰减器、低噪放等。经过测量1个传输标准件和3个反射标准件修正12项误差模型。

   TRL校准，即直通-反射-延时校准，适用非同轴接头测量，如微带线、共面波导等。经过测量2个传输标准件和1个反射标准件来决定8项误差模型。

  相比SOTL 而言，TRL由于校准件制作成本低、校准精度高等优点而得到普遍的应用。下面首先对TRL校准算法进行介绍。

  一套完整的TRL校准装置包含三个校准件和一个测量夹具，图中DUT表示待测件(device under test)。

  需要指出的是，直通校准件包含的传输线与加载有DUT 夹具的传输线等长，延时校准件包含的传输线比直通校准件包含的传输线要长，长度记为l，反射件包含的传输线与直通件包含的传输件等长，特别的，反射校准件一般是通过传输线末端开路或短路实现。

  由于加载DUT的夹具不仅包含同轴到传输线的接口转换，还包含一定长度的传输线，实测时一定要考虑这两部分对测试结果的影响。

  为扣除夹具带来的影响，需采用精确的误差模型对夹具的频率特性进行描述。从电路加载的角度来看，直通、延时和反射校准件可以看做DUT分别是长度为零的传输线、长度为l的传输线以及特定阻抗的集总器件(并联或串联接入传输线)时的特殊夹具，可以用S参数分别表示如下

  聪明的读者可能已猜到，经过测量三个校准件的S参数，有可能可以反推出夹具中除去DUT的剩余部分频率响应吧。

  记测量参考面和校准参考面之间包含的夹具部分分别为Fixture A 和Fixture B，其中测量参考面位于VNA 线缆同轴接口与夹具相连的位置(虚线表示)，校准参考面位于DUT 的两端(点划线表示)，可将校准件和夹具的组成部分分别列表如下

  可以看出，虽然误差模型中包含八个参数，但r 可合并为一个变量求解，因此仅需七个量就能够实现夹具的去嵌入运算，下面具体介绍通过三次测量确定七个未知量的过程。

  鉴于篇幅有限，第三步和第四步的具体推导过程就不在这里给出，里面主要涉及到两次方程根的判别，分别于同轴到传输线的转换以及反射校准件的终端负载特性有关，具体可以借鉴以下教程(公众号文章2017-02-01，TRL微波器件测量去嵌入校准--夹具设计)，如果大家真的想要掌握TRL校准技术，必须要自己手动进行公式推导(没有想得那么麻烦，仅涉及基本微波电路和高等数学知识)。

   直通线之间，否则，易引起测量相位模糊。最优相位差值一般取90度。