专利：Calibration unit, calibration system and calibration method for a vector network analyzer
作者：
日期：2024-12-30
技术披露的摘要：矢量网络分析仪的校准单元，系统和方法
该技术披露的重点是改善矢量网络分析仪（VNA）的校准过程，该过程是用于测量射频（RF）设备性能的设备。当前的校准方法通常需要对校准单元进行手动断开和重新连接，从而导致耗时的程序并在连接器上磨损。该披露提出了一种新型的校准单元，系统和方法，以消除对手动重新连接的需求，从而更快，更有效地校准。
现有校准方法的关键问题：
*耗时：校准例程期间断开和重新连接校准单元需要大量时间，尤其是对于多端口设备而言。
*连接器磨损：频繁的断开和重新连接会导致连接器上的磨损更快，需要更频繁的更换。
*有限的吞吐量：校准的耗时性质减少了用户的整体吞吐量。
建议的解决方案：
披露引入了一个新的校准单元，该校准单元包含一个隔离电路，从而可以执行各种校准测量值，包括传输跟踪和负载匹配测量值，而无需断开测试设备（DUT）的连接。这是通过将校准单元连接到“通过”端口来实现的，该端口在必要时与校准电路隔离。
提议的校准单元的主要特征：
*隔离电路：从校准电路中隔离“通过”端口，最大程度地减少反馈并允许连续连接到DUT。
*校准电路：提供必要的校准标准（开放，短和匹配），以进行准确的测量。
*切换单元：选择性连接校准电路的不同端口和隔离电路以实现所需的校准配置。
*分配单元（可选）：允许在类似环形结构中连接多个校准单元，从而可以同时校准多个VNA端口。
*开关矩阵（可选）：为多个校准单元提供更灵活的连接方案，以取代分配单元。
提议的解决方案的好处：
*减少校准时间：消除了对手动断开和重新连接的需求，从而大大减少了校准时间。
*增加吞吐量：更快的校准可以在给定的时间范围内进行更多测量，从而提高用户生产率。
*降低连接器磨损：连续连接可最大程度地减少连接器的磨损，从而延长其寿命。
*同时进行校准：实现多个VNA端口的同时校准，从而进一步提高效率。
总体意义：
提出的校准单元，系统和方法通过消除了对手动重新连接的需求，对现有方法有了重大改进。这会导致更快，更高效且破坏性较小的校准过程，最终导致用户增加吞吐量和降低成本。该披露通过解决当前方法的局限性并提供更简化和有效的解决方案，为VNA校准领域提供了宝贵的贡献。
核心速览
本篇文档是一篇美国专利，专利号为US 12,130,351 B2，涉及矢量网络分析仪（VNA）的校准单元、校准系统及校准方法。
研究背景
· 研究问题：矢量网络分析仪（VNA）在测量射频设备时需要高精度和重复性，但测量过程中会遇到各种误差，如由非理想组件引起的系统误差，这些误差会影响测量结果的准确度。如何有效校准VNA以消除或减轻这些误差，是本研究关注的问题。
· 研究难点：在进行VNA校准时，需要连接校准标准，执行包括传输跟踪和负载匹配测量在内的多种校准测量。在某些校准测量中，需要断开设备连接并重新连接，这不仅耗时，而且可能导致连接器磨损，需要频繁更换。此外，校准过程通常需要在宽频带范围内进行，如果分辨率较小，每个校准测量可能需要较长时间。
· 文献综述：文档中引用了多篇美国专利文献，包括Schiek、Adamian、Boudiaf、Anderson、Leibfritz、Azarian、Adamian等人的专利，这些文献涉及了校准技术、矢量网络分析仪的校准方法和系统等。这些文献为本专利的研究提供了理论和技术基础。
矢量网络分析仪校准单元
· 校准电路：校准单元包含一个校准电路，该电路配置为提供开路、短路和匹配三种校准标准。校准电路包括三个端口，第一个端口用于连接矢量网络分析仪（VNA）的端口，第二个端口用于连接待测设备（DUT），第三个端口连接到隔离电路的第一个端口。
· 隔离电路：隔离电路包含两个端口，第一个端口连接到校准电路的第三个端口，第二个端口用于连接一个或多个额外的校准单元。隔离电路的作用是在进行某些校准测量时，如传输跟踪和负载匹配测量，无需断开校准单元与DUT之间的连接。
校准系统和方法
· 校准系统：校准系统包括多个校准单元，每个校准单元通过其隔离电路的第二个端口相互连接。系统还包括VNA，每个校准单元的校准电路的第二个端口连接到DUT的一个端口。系统可以进一步包括一个分布单元，该分布单元连接到隔离电路的第二个端口，并具有至少两个额外的端口，用于连接到其他校准单元。
· 校准方法：校准方法包括将VNA的每个端口连接到相应的校准单元，将每个校准单元连接到DUT，将校准单元相互连接，并使用至少一个开路、短路和匹配校准标准同时对VNA的每个端口进行校准测量。
技术领域和背景
· 矢量网络分析仪（VNA）：VNA是一种用于测量射频设备性能的设备，能够表征待测设备（DUT）的散射参数（S参数）。
· 校准需求：VNA的测量通常需要高精度和可重复性。然而，在测量过程中可能会出现各种类型的误差，这些误差会影响测量信号的幅度和相位。通过校准可以消除或减轻这些系统误差。
发明内容和优势
· 自动校准单元：校准单元可以配置为自动切换不同的校准标准，从而在VNA的校准过程中自动进行。
· 减少校准时间：通过使用隔离电路和校准电路，可以在不改变设备连接的情况下进行校准测量，从而减少校准所需时间，提高用户的工作效率。
· 系统误差校正：校准单元可以配置为执行VNA的测量校准和/或包含VNA的测量设置的校准。通过系统误差校正，例如E-term校正或UOSM校准程序，可以在指定的温度范围内进行。
实施方式和附加信息
· 实施方式：文档中提供了多个实施方式的详细描述，包括校准单元的电路设计、隔离电路的配置、分布单元的连接方式以及如何通过开关矩阵连接VNA端口和校准单元。
· 附加信息：文档还提供了校准单元的专利引用信息、申请人和发明人的详细信息，以及专利的公告数据和分类信息。
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