網絡分析儀搭配校準件使用，可能是工程師們每天的日常。

然而很多工程師甚至沒意識到，校準件也是需要計量校準的。

是德科技成都服務中心自2021年11月開始提供電子校準件校準和維修服務以來，接收的電子校準件超過三成有端口嚴重磨損、磕碰、偏針的問題，導致無法通過預檢，需要維修更換連接器。即使通過預檢的電子校準件中，也有大約兩成在校準過程中發現超差。

因此我們結合理論和實踐，

嘔心瀝血整理了一篇超超超長且超超超干的文章。在本文中您將會了解以下內容：

1.當我們討論網分校準的時候，我們校準的是什么？

2.當我們討論網分校準件校準的時候，我們校準的又是什么？

3.校準件能提高網分精度大家都懂，那還有什么東西可以校準校準件？

4.校準件校準報告里面包含了哪些有價值的信息？

5.校準件超差意味著什么？還能用嗎？

6.您的校準件在原廠還會得到哪些特殊服務？

鑒于篇幅關系，我們將會分為上下兩篇。本次推出的上篇為您介紹第1-4章，而剩下的5、6兩章則會作為下篇，后續推送。

首先來看看，我們與一些工程師聊到網分校準件的時候，他們的一些典型反饋，開啟上篇之旅。

校準件就是用來校準的，它自己當然不用校準。

這位大哥對于計量校準和自校準的概念有些模糊，可以看看第一章內容能否幫到您。

從來就沒考慮過這個問題，校準件不是網分的附件么？它還有自己的技術指標？

很好的問題，建議關注第二章內容，什么是指標，校準件的指標又是什么。

既然你們這么說了，那校準件肯定要校準，但是校準件應該比網分準吧，還有什么技術手段能校準校準件呢？好像沒聽說過。

這個問題很有深度，相信第三章內容能解答您的問題。

校準件校準證書里有什么內容？老實說貴司的證書都是幾十頁，還是全英文的，我就沒怎么讀懂過。

是德的校準證書在全球都有較高的公信力，想要讀懂一份全英文60多頁的證書報告確實有點“門檻”，沒關系第四章我們保證教會您。

話不多說，這就開始。

1.當我們討論網分校準的時候，我們校準的是什么？

無論是中文校準，還是英文calibration，都是電子測量領域經常遇到的詞。由于它頻繁地出現在各種場合，以至于它代表的準確意義經常被混淆。

測試工程師更熟悉的“校準”，往往指的是設備自身取參考面，消除系統誤差的過程。比如網分校準就是用已知反射系數和相位的校準件，去去除網分系統誤差。甚至掃描儀，打印機開機，也會顯示self-calibration。

在服務領域，校準指的是對測試設備的周期性計量校準。這是一種通過更精確且具有溯源性的外部設備，檢查測試設備是否還滿足出產時的技術指標的過程。計量校準非常類似員工體檢，主要通過外部設備檢查生理指標。本文專注討論狹義的計量校準（Metrological Calibration），但也會涉及到自校準，為避免混淆，會盡量使用計量校準全稱。

使用校準件校準網分時，重新選取了測試端面，極大降低了系統誤差。而網分做年度計量校準的時候，對網分的功率精度和線性度、接收機、底噪、動態精度、頻率精度、跡線噪聲和出廠指標進行了對比。尤其是網分原廠計量校準的最后一項——校準系數（Calibration Coefficients），給出了各個端口未校準狀態下的能力（方向性、源匹配、負載匹配），是重要的整體指標。請注意這一項是未校準狀態下的指標，和其他項目一樣，這一項和客戶日常使用什么校準件無關，嚴謹地體現被測網分的單機性能。

簡單的說：

網分和校準件的計量校準，是定期使用外部高等級標準設備，進行量值溯源和性能查驗，看看是否“合格”。雖然大多數情況下計量前后儀表的狀態以及精度沒有變化，但是，校準和體檢一樣，目的就是不讓小概率事件引發大問題，況且是德原廠校準的部分項目在超差時還提供了調整（Adjustment）。而網分的自校準則是日常使用中重建參考端面的過程，以降低系統誤差。千萬不要再混淆了。

2.當我們討論網分校準件校準的時候，我們校準的又是什么？

在討論網分校準件計量校準的具體項目之前，首先應該明確幾件事情：

1 儀表的技術指標是什么？

2 哪些參數應該列入計量校準項目？

是德科技有一份自惠普時代沿用至今的技術文檔叫Specifications Guidelines，里面詳細闡述了是德產品的產品信息包含了哪些內容，指標的概念和意義，以及它們和計量校準的關系。

上圖產品信息里的Specifications也就是我們常說的技術指標，它取決于儀表的不同選件，同時和計量校準密切相關。計量報告會以技術指標的上下限，給出Pass/Fail的結論，這一過程也是儀表出廠前必備的一步，這也是為什么儀表出廠會自帶一份計量校準報告的原因。

除了指標外，產品信息還包括功能（Features）和特性（Characteristics）。功能大多無法用數值描述，例如GPIB接口就是一種功能。而特性有時被稱為典型值或補充特性，雖然描述了典型性能，但是這些性能不在產品質保范圍之內。

這篇文章也描述了針對產品的不同信息，是德科技采取哪些驗證方式。如上圖所示，對于有質保的性能指標參數，我們會通過計量校準實現儀器性能測試和系統驗證；而對于產品功能和操作性驗證，我們會執行功能性測試。這兩部分內容，用戶都可以在是德的校準報告中看到。

那么，電子校準件的參數有哪些呢？以N4691D為例，是德科技在Electronic Calibration Modules Reference Guide中給出了N4691D的指標和特性，首先是反射方面的指標：

熟悉網絡分析儀12項誤差模型的人對上面提到的Directivity（方向性），Source Match（源匹配），Reflection Tracking（反射跟蹤）比較熟悉。對于大部分工程師，利用如下公式把這三項誤差模型合成為反射系數會更加直觀：

這一公式中S11是被校準端面的實際反射系數，Гm則是網分測出來的反射系數。有經驗的工程師在完成網分校準時經常用一個負載來驗證校準結果，并以“單端口反射小于XX dB，傳輸小于0.XX dB”作為驗證標準。（具體取決于頻段和驗證負載，在低頻單端口通常小于-40dB）。通過觀察上面這個公式可以看出，當使用理想負載驗證的時候S11趨近于0。因此公式后半部分趨近于0，這使得算出的Гm≈ED。換句話來說當使用理想負載驗證校準結果時，單端口反射主要體現校準件的方向性；使用不那么理想的負載驗證校準結果時，單端口反射結果會比校準件的方向性略差。對于N4691D的指標來說，這個結果在不同頻段應該達到大概30dB或40dB的水平。

電子校準件的Data Sheets同時給出了N4691D的傳輸和插針深度方面的特性。請注意這些參數是Characteristics（典型值），不參與Pass/Fail判斷，在第四章您將看到一份真實的是德科技原廠校準報告，其中插針深度做為功能性測試的一部分給出了完整的數據。

綜上所述，一份電子校準件原廠計量報告給出了反射系數是否符合技術指標的技術判斷。這是最重要的部分，但是還沒完，我們還提供了電子校準件在不同鏈路下的特征值、傳輸特性、以及包含端口重復性和插針深度的功能性測試數據。一個26.5GHz兩端口的校準報告可能包含70頁的數據，四端口或更高頻率的電子校準件的校準報告中數據信息更多。我們在第四章會有詳細的報告解讀。

3.校準件能提高網分精度大家都懂，那還有什么東西可以校準校準件？

在正式開始這一部分前，先考考大家。

校準網分不用校準件校準，校準校準件倒用校準件校準網分

這一描述正確嗎？

乍一聽像是個繞口令，也像是個冷笑話。本文第一章提到在整個網分計量校準過程中，我們僅用校準件作為一個“標準源”來檢查網分的未校準整體性能，所以繞口令的前半部分“校準（計量）網分不用校準件校準”雖然念起來像是鬼扯，背后還是成立的 。后面這句“校準（計量）校準件倒用校準件校準（過的）網分”到底靠不靠譜，看完本章相信您自有分曉。

校準件用什么標準設備做計量校準呢？證書的第二頁給出了完整的溯源信息：

是的，校準件的計量需要一臺網分和一套特制的校準件，在這份報告中是ET33700。特在哪里？

眾所周知，射頻阻抗的特性參數取決于幾何尺寸，因此這套校準件就是千里挑一特意選出的一套機械精度格外好，且穩定性格外高的設備。同樣的，由于熱脹冷縮，幾何尺寸是會改變的，因此作為計量標準的這套校準件在是德科技美國的實驗室中做了標定，并帶有該溫濕度下的阻抗特性數據。而成都服務中心計量校準件的實驗室可以做到恒溫在23±1攝氏度（見證書第一頁）。在這個條件下，作為計量標準的網分和校準件完成全兩端口校準后有足夠高的精度為校準件計量校準。

因此，表面上來看，做校準件的計量校準僅僅需要對應的網分和精度更高的一套校準件就可以了。但是這背后還包含了對這套標準校準件的特性分析、不確定度分析、溯源鏈、實驗室環境、人員操作、校準方法研發、測試可靠性控制等一系列必要條件。

這是一張是德科技成都服務中心電子校準件校準工位的真實照片，巨大的木頭匣子里裝的就是上面提到的神器ET33700。這樣的校準件在服務中心有近10套，來服務不同接口不同頻段的被測校準件。

圖片上還展示了校準件預檢所需要的設備：電子顯微鏡、玻璃尺、插針深度量規、力矩扳手、固定扳手。以及清潔用的壓縮空氣、異丙醇、棉簽。

4.校準件校準報告里面包含了哪些有價值的信息？

校準件的計量校準在技術上是很有挑戰性的，而一份原廠計量報告包含了大幾十頁的數據。這些數據到底描述了那些信息？我們敢拍著胸脯向您保證，當您讀懂一份校準件的原廠計量報告時，您對射頻阻抗的了解也會上一個臺階。

為客戶提供了下載本公司設備校準報告的功能，我們就以服務部門自己的校準件做的報告為例，為大家解讀一下原廠計量報告。這份報告測試的是一只兩端口3.5 mm 的電子校準件，型號是N4691D。

首先，在證書的第四頁，列出了所有測試項目：

我們可以看到，整個計量報告包含了5個計量校準項目（Calibration Test Results Summary），和3項功能性測試項目（Functional Test Results Summary）。計量項目包含了A、B端口的單端口反射（4項測試），以及兩端口傳輸特性。功能性測試則是插針深度和兩個端口的重復性測試。

還記得第二章我們提到插針深度的參數是特征值（Characteristics），因此我們把它放在功能性測試這部分。這幾項的結論是As Expected/Not As Expected，證書中也有關于這部分的解釋說明。

Connector Repeatability 指的是穩定性測試。是電子校準件的端口連接角度發生180度變化時的反射系數的重復性衡量。這一測試參數甚至沒有在Data Sheets中提及。但是實際測試中確實碰到不少計量結果正常，但是重復性不能通過的例子，這會給實際使用帶來極大的偶然性，因此我們把這一項列入報告，并建議遇到這一問題的客戶通過更換連接器解決問題。

插針深度（Mechanical Inspection）也是非常重要的一項。雖然不作為Pass/Fail判斷的依據，但是根據我們的經驗，這一項超出上下限往往會導致該端口的反射性能超差，尤其是高頻部分。

總的來說這三項功能性測試雖然不影響Pass/Fail結論，但是從其他角度為DUT提供了更全面的數據，也是計量項目或維修建議強有力的數據支撐。

接下來讓我們觀察一下這8個項目的結論。電子校準件是可以通過重寫EEPROM實現參數調整的，另外硬件超差損壞后的維修也會帶來校準件性能的改變。因此以上8個項目的結論分為剛收到校準件時的數據和狀態（As Received）和完成校準時的數據和狀態（As Completed）。前者可以讓用戶判斷上一個校準周期內對校準件的使用是否符合指標要求；后者則可以給用戶在接下來的一個校準周期的使用提供符合指標要求的依據和信心。我們可以看到剛收到時候端口B狀態是Passed?，這就是俗稱的“卡邊”的狀態（專業說法是可能發生False Pass，詳細可參考證書第二頁的說明），其他項目都沒問題。之后我們重新刷新了電子校準件的數據，完成狀態的測試結果就沒有任何問題了。

如果您細心觀察，或許會問如下問題：

1) 計量的1、3項目（Reflection Characterization）和2、4項目（Reflection Performance Verification）看起來差不多，為什么結論不一樣？

2)對于上面提到的“卡邊”的數據，測的到底是什么量？橫軸縱軸分別代表什么？

不錯，1、3項目和2、4項目本質上是一樣的，都是關于反射特性的指標。第一個測試項目分別測試了電子校準件Port A在Open、Short、Load、Mismatch四種狀態下S11反射系數的模和相位。其中反射系數的模，取了對數單位，感興趣的朋友可以轉換成線性單位，看看電子校準件的OSL狀態是否為理想模型。

與機械校準件不同，電子校準件有著更為多樣和復雜的阻抗模式，每一個模式沒有、也不需要單獨的技術指標來判斷 Pass/Fail，而是由是德科技的網分將不同的狀態的參數結合起來，算出等效的方向性、源匹配和反射跟蹤，并合成為等效的反射系數。這個由實測值等效計算的反射系數就可以和指標推導出的反射系數對比，得到Pass/Fail結論了。這就是第二項測試Port A - Reflection Performance Verification的內容。

也就是說，做Pass/Fail判斷的第2、4項其實并沒有一個點到一個點真正地在測試，所有數據是基于前一個項目計算得到的。橫軸是反射系數的模，這是一個理論值。Measured和Maximum分別為根據合成公式得到的反射系數誤差和誤差上限。因為是計算得到的，所以后面有一個注釋：*Measured Value is based on the difference between the reference error terms and the device under test generated error terms.

另外需要注意的是，這一項根據不同指標分了7個頻段，報告上體現的是這一頻段最差的一個點。在本報告中，我們可以看到收到校準件時的狀態，不但10~20 GHz的最差點出現Pass?的情況，2~10 GHz，20~26.5 GHz雖然Pass但是數據也不是很好。之后由于刷新了EEPROM，校準完成時的數據都整整齊齊，漂漂亮亮了。

讀到這里，您可能會問，那校準件如果超差了，到底對于測量結果影響有多大？

這個問題，我們將在下篇給您解答。同時，我們還會介紹您的校準件送來是德校準的時候，我們還會做哪些“特殊服務”。敬請關注！

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