恢复为主 天津女排沪上开练

很多非专业的客户把网分校准件视作网分的附件，因此认为校准件不需要定期计量校准，也不重视校准件的日常操作，这给射频阻抗测试的精度带来了极大的风险。

口说无凭，让我们看看实际数据。同样在是德科技支持门户网站上找到一份是德科技自有设备的校准报告，这份报告的被测件是个N4691D电子校准件（300 kHz to 26.5 GHz, 3.5 mm, 2-port）。刚收到的时候端口A反射超差，不符合技术指标。

具体来说2GHz以上的几个频段都超差，而且呈现典型的，频率越高超差越大的现象，这很有可能是由于几何尺寸改变导致的。因为根据同轴传输线的模型，我们可以把特性阻抗描述为关于同轴线外导体内径a、内导体外径b的函数：

看起来特性阻抗函数中只有频率（ω=2πf）是变量，理想中的连接器或许是这样。但是实际使用中，外导体内径a、内导体外径b会伴随端口磨损、磕碰等物理形变而改变，甚至温度变化导致的热胀冷缩也会引起特性阻抗的变化。频率越高，这种变化越明显。对于Sub 6GHz或者N型电缆，可能磕碰带来的阻抗影响几乎不可见。但是到了毫米波频段，对于2.4mm、1.85mm、1.0mm的连接器或电缆，影响就很大了。

回到这份校准报告，让我们分析一下端口A反射超差，具体带来怎样的测试风险。

我们分别取低频2~10GHz 频段和高频20~26.5GHz频段来对比。每个频段我们挑选反射系数为0.001、0.01和0.1这三个测试点，评估一下超差给不确定度带来的影响。下面图表的内容截取自校准报告中的实测数据 (完整的报告样本可以在文末下载) ：

Frequency Band: 2GHz — 10 GHz

Frequency Band: 20GHz — 26.5 GHz

关于测试项目以及横轴、纵轴分别的意义，我们在第4章已经解释过了，这个形式的图经常用于描述网分在反射方面的精度。下面解释一下为什么选这三个点。0.001是一个极小的反射系数，对应60dB的回波损耗，可以视为完成校准后，用理想负载“堵端口”验证的情况。当然事实上这样的理想宽带负载在现实中几乎不存在，是德科技 85052C TRL校准件空气线的反射系数也仅能做到56dB。0.01、0.1分别对应40dB、20dB的回波损耗，前者和我们日常使用的校准件负载大致相当，后者则类似于做某些器件的负载匹配时的实际工况。

首先让我们观察一下电子校准件在2~10GHz频段，这三个点反射系数的技术指标。证书报告中给出的最大允许偏差最大值分别为3.985m、4.016m和4.366m。接下来我们结合0.001，0.01，0.1这三个“被测点”，换算为更为熟悉回波损耗(dB)。注意反射系数不会为负数，因此测试点0.001的误差范围不能粗暴的使用0.001±0.003985，而应修正为（0，0.001+0.003985），折算到对数格式就是（-∞，-46.05dB）。具体如【表3】所示：

按照同样的方法评估一下这三个点的在高频（20~26.5GHz）时的指标，【表4】：

以反射系数等于0.001的情况为例：表3中已经计算过2~10GHz时回波损耗指标范围为 -∞~-46.05dB；而在高频20~26.5GHz，反射系数指标是±6.315m，换算为dB格式为-∞~-42.72dB【表4】。也就是说，在测试反射系数为0.001的负载时，回波损耗在2~10GHz时大约为<-46dB，20~26.5GHz时大约为<-42dB。

下面我们结合N4691D的方向性指标，来更好地解读以上信息。近似地来看，在测量反射系数较小的被测件时（即理想负载，例如Г=0.001，S11近似为0），一端口反射主要体现的是校准件的不理想性，即方向性指标。N4691D在这两个频段的方向性分别为46dB和41dB。也就是说，一个符合技术指标的N4691D完成全两端口校准后，我们用理想负载检验结果，理应看到这两个频段的反射分别小于-46dB和-41dB。

由于反射系数这么低的理想负载并不存在，因此在实验室验证校准结果时遇到的情况并不会如此理想。（您如果有机械校准件的话，不妨查看一下配套的负载在不同频段的回波损耗）。假设用一个回波损耗为-40dB的“较理想”的负载验证，验证结果应该-40dB上下。具体说来，根据【表3】数据2~10GHz时结果在-44.46dB和-37.07dB之间，20~26.5GHz时在 -48.80dB和-35.72dB之间【表4】。现在是不是明白为什么网上说的”验证校准要堵负载然后小于-40dB“是怎么来的了?其实全频段回波损耗都小于-40dB并不是很容易的事情，这取决于您所使用的网分，校准件，校准方式，验证负载等。

而当 校准件超差 ，这时的验证结果就更难说明问题了。我们下面把当前超差校准件的实测误差带入公式，评估一下当前情况的实测结果，2~10GHz时如下【表5】所示：

20~26.5GHz时数据如【表6】所示：

同样对于Г=0.001的理想负载，该超差校准件仅能得到2~10GHz时小于-40.72dB【表5】，和20~26.5GHz 时小于-32.16dB的结果【表6】，距离N4691D本身的方向性有较大距离。

对于Г=0.01这种“较理想”负载，由于校准件超差，因此回波损耗的范围变得很大。尤其在高频，最大值可能达到-29.42dB【表6】。 这会令人怀疑，到底是全两端口校准操作过程出现了问题？还是网分出现了问题？又或者是用于验证的负载出现了问题？

比起验证时候的反射系数数值不准确 更为严重的是 ，由于校准件没有被正确校准，指标超差，但是网分默认我们使用了合格的校准件，并读取了“合格状态的EEPROM特征参数”，这会导致网分测量后修正计算给出测试结果时产生偏差。于是用户误以为得到一个好的结果，但是 产品的实际性能却差很多， 这样的测试风险充满了不确定性。

很多工程师可能会说，我们知道网分测反射系数小的时候不确定度很大，但是除了你们做仪表的人，谁没事测那么低的反射啊。好的，那我们看看回波损耗-20dB时候的情况，这也接近某些RF器件做负载匹配时的实际工况。2~10GHz时，回波损耗指标范围为（-20.39dB，-19.63dB） 【表3】，也就是说电子校准件引入的不确定度有±0.38 dB。由于此电子校准件超差，这一不确定度被放大到± 0.77 dB【表5】。这一情况在更高频段恶化程度更高，20~26.5GHz时±0.60的不确定度被放大到±2.28 dB【表6】。如果在测量器件反射时有接近5dB的不确定度， 您还能安心么？

是德科技原厂的校准件校准报告除了包含设计指标的计量测试结果以外，还在功能性测试部分给出了插针深度和重复性测试结果。这份报告中插针深度超差，刚收到的时候是-0.0015mm：

结合端口A反射超差的结论，这个校准件只有靠维修更换连接器才能重新恢复精度了。维修费用接近2万元人民币。是的，亲兄弟明算账，是德科技内部的维修和计量校准其实也是收费的。完成维修后这个校准件又做了计量和功能性部分的全部测试。关于插针深度的结果在校准证书后半部分：

是德科技的精密机械校准件是自带测插针深度的量规的，但是很少看到工程师使用这个专业设备，为什么我们要吹毛求疵一样的去检查这个插针深度呢？很多工程师认为插针深度太短会“接触不良”，太长可能会捅坏接头。其实插针深度带来的影响要严重得多，我们以空气线特性阻抗的参数建模为例，观察插针深度对传输反射特性的影响。

早在90年代，惠普的工程师Kenneth H. Wong曾发表论文介绍如何将同轴空气线溯源到几何量的方法。插针深度是建模中重要的变量之一。

下面这个动画，就是根据测得的内导体外径、外导体内径、插针深度以及插针直径建模这些物理参数，计算得到10cm空气线S参数。可以看到微小插针深度的变化（0~0.008mm）会带来S11反射剧烈的变化。

在是德科技服务中心实际的计量校准和维修案例中，我们经常发现超差的端口伴有插针深度超差。

所以，手头有量规的工程师，请用好你们的高级装备，关注校准件或连接器Data Sheets中插针深度的特征值。 没有量规的工程师也请在日常使用中正确操作，尤其是 正确使用力矩扳手，避免连接器损坏。

最后，让我们来探讨一下如何验证或确认全两端口校准成功。有的工程师提出来，既然知道负载高频性能不理想，那就不建议用俗称“堵负载”的方法验证，可以用连接器看直通时的反射和传输。也有工程师提出，直通件也没那么理想，不如用开路器，短路器验证单端口特性。还有的工程师提出，不妨购买校验件来验证校准结果。

这些建议都有其合理性。具体到实际工作中，使用者会更熟悉更了解日常使用的校准件、检验件以及测试场景。单纯讨论用哪种方法最好，“堵负载应该小于多少dB”、“直通验证应该小于多少dB”等问题，有时反而会导致刻舟求剑的效果。还是应该结合技术指标，找到适合当前场景的，既可行又科学的工程验证方法。

而比这个方法更重要的是理论思考和日常使用的点点滴滴。另外，无论哪种方式的工程验证，都不能100%发现网分或者校准件超差， 因此定期的计量校准，使用更高精度的外部设备确认仪表的精度是否满足指标也是必要的。

是德科技位于北京和成都的服务中心符合ISO 17025质量体系，并通过了ANAS，CNAS实验室双认证。对于电子校准件主流型号，可以出具具有国际互认的ANAB认可校准报告。

通过前面几章的描述，您应该深入了解了校准件计量校准的相关知识，成为全国为数不多的能看懂电子校准件计量报告的人。这一章我们会介绍一下报告以外的内容——您的校准件在原厂服务中心还做了哪些“特殊服务”？

目前，是德科技全球只有几个服务中心可以给电子校准件提供维修校准服务，其复杂程度和技术难度连很多我们的同事都会望而却步。以最简单的无需维修的电子校准件校准为例，标准流程如下：

如果结果理想的话，校准就结束了。两轮测试数据分别是校准报告中As Received和As Completed的测试数据。但是实际情况往往不那么理想，这时校准工程师会尝试清洁连接器、重新测试并刷新EEPROM等操作，也会根据结果评估是否需要维修。第四章举的例子就是通过重写EPROM，使卡边的电子校准件数据回到指标范围内。

实际上我们遇到的更多的是涉及到维修的情况。通常来讲，大部分校准件超差都是因为连接器发生物理形变造成的，维修方法是更换连接器。请注意，校准件使用的都是精密无槽连接器，Female那端不是具有开槽的莲花瓣形状，而是一个更为精密的圆环，在显微镜下还能看到圆环内部有6个内芯（Finger）。以下是好的连接器和有故障连接器在显微镜下的照片。

请注意上图右侧的故障都是因为 不正确的人为操作 导致的，正常的磨损不会造成如此严重的损伤。左侧两个状态良好的连接器仅代表外观在显微镜下看起来良好，并不能代表计量校准的结果是符合技术指标的（比如插针深度就没有体现在图片上）。由于Female端口相对更容易被损坏，因此上面举例的时候用的Female端口的图片。Male端口虽然没有六个内芯，但是同样会出现磨损，磕碰，偏针等情况。电子校准件物理尺寸损坏或插针深度有问题是无法通过预检的，必须先进行维修更换连接器，否则会损坏与它相连的标准设备。

更换精密连接器通常价格不菲，很多客户得知这一消息时候情绪是非常崩溃的，“我就想来做个血常规，结果你说晚期了要进ICU？？？”更换连接器价格高昂，其中一方面原因是精密连接器本身的成本。这些连接器都是精密无槽的，而且内侧和电路板连接的结构也比较特殊，这样才能确保安装后的技术指标。另一方面，为了保证电子校准件的技术指标，这些连接器不是简单装上就可以完成维修。以下是更换连接器后的服务步骤：

在原厂服务中心，有一台经过校准的高低温箱，专门用来消除维修后校准件的热应力。维修后的校准件需要前后经过两次从高温到零下的热循环，每次热循环跑完都会跑两轮计量校准程序。这是真正意义上的回炉重造。两次计量测试的目的在于确定应力已经全部消除。发给客户后，电子校准件的参数即使轻微漂移也在规定的技术范围内。据说西游记里的顶级装备都是太上老君的八卦炉出的，我觉得是德科技的这台高低温箱更厉害，毕竟八卦炉都没有零下热循环功能。

尽管是德科技率先在本地建设了全球领先的电子校准件维修和校准能力，但是我们仍然强烈建议您 爱护自己的电子校准件和高频连接器， 小到一个转接头或线缆，大到仪表的测试端口。毕竟维修既要花钱又要花时间的。

校准件和高频转接头在使用中务必正确是使用力矩扳手——力矩扳手发生弯折即可停止，不要拧到90度的位置。另外每次用完连接器或电缆后应放到安全不会磨损的固定位置，仪表或者校准件的端口也应盖上端帽，不但保护它的物理尺寸，还能避免大信号或者静电打进来。

无论是高速数字相关应用还是射频相关应用，2.4mm、1.85mm端口的电子校准件使用得越来越频繁。他们的健康情况会直接影响参数提取或者射频测试。为了降低不良校准件给射频测试中带来的风险，我们撰写了这篇篇幅较长、内容硬核的技术文章。我们在六个章节中解释了网分校准件的技术指标和校准原理，解读了一份校准报告，指出了校准件超差给测试带来的风险。最后介绍了电子校准件在原厂维修中心“回炉重造”的过程。

我们还在本文中再次提醒正确使用和维护设备的方法。这些操作可以避免人为操作导致的损害，有效提高设备使用率。选择原厂KeysightCare服务合约，将延保和周期计量校准纳入您的设备维护计划，更是可以使您的设备“稳中更稳”。