在这种情况下，被测器件（放置在基板或晶圆底座上）需要通过某种接口与测量仪器连接，该接口提供机械和电气连接。这种接口通常采用探针式结构，称为测试夹具，其连接方式可以是固定底座（螺钉连接或焊接），也可以是提供灵活性、效率和测量质量的“通用”解决方案。此外，还有一大类基于探针台的复杂系统，它们各自拥有特定的应用领域（其中一些可能与测试夹具的应用重叠），但大多数此类系统往往会增加复杂性和成本。.
大多数测试设备所需的全面表征和高质量测量通常需要使用矢量网络分析仪，该分析仪以S参数矢量单位的形式提供幅值和相位测量结果。一套完整的测量系统通常包括测试夹具、矢量网络分析仪和基板校准套件（用于校准夹具本身）。.
在测试附件领域，“通用”一词指的是其与各种器件形状和尺寸的兼容性、宽广的频率范围、连接的可重复性、附加功能（例如极化和多端口器件测试能力），以及易用性和卓越的整体可靠性和性能，包括附件本身的低回波损耗和低插入损耗。例如，图 1 所示的附件可以实现从同轴电缆到微带线或从同轴电缆到共面波导 (CPW) 的可重复且精确的转换，从而为元件和器件设计提供基板测量功能。.
图 1. 通用测试附件。.
此类附件的另一个优势在于其可进行一定程度的现场维护，从而提高了工程师的灵活性。例如，如果附件因意外损坏，其主要部件可在现场更换，从而节省时间和成本，且测量过程不会中断。
理想的测试附件应具备完全“透明”的连接，即无插入损耗和无限大的回波损耗（无失配），具有平坦的频率响应（即线性相位），且端口之间无泄漏（无限隔离），但这显然是不切实际的。许多因素都会影响测量质量；由于它是测量系统的一部分，其所有组件（矢量网络分析仪及其组件、电缆、适配器和附件）都会引入误差，从而增加测量的不确定性。此外，被测设备的性能也会影响整体测量精度。然而，通过在校准过程中使用分析仪的矢量误差校正技术，可以消除大部分测量误差。该校准过程以定义明确的高质量校准标准作为参考项目。
随机误差和系统误差：
在射频矢量网络分析仪和毫米波分析仪进行的大多数测量中，误差项分为随机误差和系统误差。
随机误差不可预测，因此无法在校准过程中进行校正。增加随机误差的主要因素包括连接器重复性、电缆稳定性、环境变化（不包括漂移效应）、频率重复性和噪声。良好的测量实践对于降低随机误差至关重要。
另一方面，系统误差包括方向性、源负载匹配、隔离度以及反射和传输跟踪等因素。尽管它们是测量不确定性的主要来源，但可以在校准过程（以及后续的误差校正）中大幅降低。由于校准标准并非完美定义，且用于描述测量设置的误差模型也并非完美，因此一些残余误差无法校正。残余误差可用于计算总测量不确定性，并且在矢量网络分析仪的技术规范中针对各种校准算法进行了规定。这有助于确定仪器在给定条件下可达到的测量精度水平。
使用测试夹具的测量系统面临的主要问题是，上述不确定度术语是针对矢量网络分析仪的标准同轴校准套件定义的。这意味着误差影响仅消除到测试所用电缆的同轴连接器为止。
可以采用多种方法来消除测试夹具对被测设备测量结果的影响。这些方法均适用于相应的应用场景，主要取决于所需的测量精度。测试夹具的性能也与被测设备的性能直接相关，并决定了满足测量不确定度标准所需的校准级别。
去嵌入是矢量网络分析仪中的一个软件工具，用于通过数学方法消除测试夹具对测量结果的影响。必须事先使用S参数数据文件或夹具的模拟模型对测试夹具（或本例中的“网络”）进行精确测量。校准使用同轴标准进行。
图2. 去嵌入过程（消除夹具对被测设备测量结果的影响）。
测量精度通常主要取决于附件S参数数据（测量值或模型值）的质量，而这在复杂的应用中很难获得。如果被测附件的实际性能与模型或测量数据不匹配，就会产生误差。此外，对于损耗较低的被测器件，去嵌入也难以应用，并且无法解释失配误差项。在这种情况下，在附件的CAN总线内进行校准可以更准确地表示器件的S参数。
附件校准：
双端口附件的校准方法主要有两种：OSL(T)（开路-短路-负载（直通））和LRL/LRM（线路-反射-线路/线路-反射-匹配）。LRM校准是LRL校准的一种变体，它使用负载（终端）代替第二条线路。此外，还有一些改进方案，例如 ALRM（高级 LRM），这是安立公司在 VectorStar 校准菜单中实现的一种校准技术，它为每个端口使用不同的负载模型和两个反射标准。表 1 列出了典型的可用校准算法及其在附件中的适用范围。
测量精度主要取决于校准标准——即标准定义的精度——而可校正的误差项数量则取决于所选算法和校准类型。对于双端口设备，要消除所有 12 项误差（上述系统误差：指向性、源自适应、反射跟踪、负载自适应、传输跟踪以及双向隔离（针对信号流），共 12 项），需要进行完整的双端口校准和误差校正。这将提供最高的测量精度，但需要更多的校准标准。
LRL校准精度最高，但带宽有限。OSL和LRM校准精度稍低，但覆盖更宽的频率范围，并且可以在更低的频率下进行校准。LRM校准比OSL校准能获得更好的源匹配效果。为了提高宽带校准的精度，可以将LRL和LRM校准结合起来。在微带环境中，LRL/LRM校准也更可取，因为相应的标准件比OSL更容易制作。OSL标准件还需要对质量测量进行精确表征。图4展示了一些“附件中的”OSL标准件示例。.
图 4a – 3680 系列 UTF 中的开路-短路校准标准
图 4b – 将校准标准加载到 3680 系列 UTF
图 4 中。OSL 校准的“附件”中的校准标准。
“附件式”校准装置集成了验证组件，这对于工程师验证测量系统非常有帮助。此外，了解使用该系统（包括矢量网络分析仪、测试附件和“附件式”校准套件）可获得的残余误差项的规格也至关重要。这能让工程师对测量精度和所得结果充满信心。表 2 展示了这些宝贵数据的示例。工程师
还可以使用专用的“不确定度计算器”，例如安立公司的“精确不确定度计算器”，以进一步增强对精度的信心。顺便一提，由于微带线是一种色散介质，其相移与频率并非线性关系，矢量网络分析仪补偿这种色散的能力可以提高矢量测量的精度。
结论：
新型射频/毫米波器件设计的激增将对精确、高质量的器件特性分析提出更高的要求。拥有合适的工具并了解正确校准的重要性，再加上文章中提到的算法，将确保最佳实践并提高组件/设备设计的质量。
作者：Maksim Pud，Anritsu 欧洲、中东和非洲地区
