很多非專業(yè)的客戶把網(wǎng)分校準件視作網(wǎng)分的附件，因此認為校準件不需要定期計量校準，也不重視校準件的日常操作，這給射頻阻抗測試的精度帶來了極大的風險。

口說無憑，讓我們看看實際數(shù)據(jù)。同樣在是德科技支持門戶網(wǎng)站上找到一份是德科技自有設備的校準報告，這份報告的被測件是個N4691D電子校準件（300 kHz to 26.5 GHz, 3.5 mm, 2-port）。剛收到的時候端口A反射超差，不符合技術指標。

具體來說2GHz以上的幾個頻段都超差，而且呈現(xiàn)典型的，頻率越高超差越大的現(xiàn)象，這很有可能是由于幾何尺寸改變導致的。因為根據(jù)同軸傳輸線的模型，我們可以把特性阻抗描述為關于同軸線外導體內(nèi)徑a、內(nèi)導體外徑b的函數(shù)：

看起來特性阻抗函數(shù)中只有頻率（ω=2πf）是變量，理想中的連接器或許是這樣。但是實際使用中，外導體內(nèi)徑a、內(nèi)導體外徑b會伴隨端口磨損、磕碰等物理形變而改變，甚至溫度變化導致的熱脹冷縮也會引起特性阻抗的變化。頻率越高，這種變化越明顯。對于Sub 6GHz或者N型電纜，可能磕碰帶來的阻抗影響幾乎不可見。但是到了毫米波頻段，對于2.4mm、1.85mm、1.0mm的連接器或電纜，影響就很大了。

回到這份校準報告，讓我們分析一下端口A反射超差，具體帶來怎樣的測試風險。

我們分別取低頻2~10GHz 頻段和高頻20~26.5GHz頻段來對比。每個頻段我們挑選反射系數(shù)為0.001、0.01和0.1這三個測試點，評估一下超差給不確定度帶來的影響。下面圖表的內(nèi)容截取自校準報告中的實測數(shù)據(jù) (完整的報告樣本可以在文末下載) ：

Frequency Band: 2GHz — 10 GHz

Frequency Band: 20GHz — 26.5 GHz

關于測試項目以及橫軸、縱軸分別的意義，我們在第4章已經(jīng)解釋過了，這個形式的圖經(jīng)常用于描述網(wǎng)分在反射方面的精度。下面解釋一下為什么選這三個點。0.001是一個極小的反射系數(shù)，對應60dB的回波損耗，可以視為完成校準后，用理想負載“堵端口”驗證的情況。當然事實上這樣的理想寬帶負載在現(xiàn)實中幾乎不存在，是德科技 85052C TRL校準件空氣線的反射系數(shù)也僅能做到56dB。0.01、0.1分別對應40dB、20dB的回波損耗，前者和我們?nèi)粘Ｊ褂玫男始撦d大致相當，后者則類似于做某些器件的負載匹配時的實際工況。

首先讓我們觀察一下電子校準件在2~10GHz頻段，這三個點反射系數(shù)的技術指標。證書報告中給出的最大允許偏差最大值分別為3.985m、4.016m和4.366m。接下來我們結合0.001，0.01，0.1這三個“被測點”，換算為更為熟悉回波損耗(dB)。注意反射系數(shù)不會為負數(shù)，因此測試點0.001的誤差范圍不能粗暴的使用0.001±0.003985，而應修正為（0，0.001+0.003985），折算到對數(shù)格式就是（-∞，-46.05dB）。具體如【表3】所示：

按照同樣的方法評估一下這三個點的在高頻（20~26.5GHz）時的指標，【表4】：

以反射系數(shù)等于0.001的情況為例：表3中已經(jīng)計算過2~10GHz時回波損耗指標范圍為 -∞~-46.05dB；而在高頻20~26.5GHz，反射系數(shù)指標是±6.315m，換算為dB格式為-∞~-42.72dB【表4】。也就是說，在測試反射系數(shù)為0.001的負載時，回波損耗在2~10GHz時大約為<-46dB，20~26.5GHz時大約為<-42dB。

下面我們結合N4691D的方向性指標，來更好地解讀以上信息。近似地來看，在測量反射系數(shù)較小的被測件時（即理想負載，例如Г=0.001，S11近似為0），一端口反射主要體現(xiàn)的是校準件的不理想性，即方向性指標。N4691D在這兩個頻段的方向性分別為46dB和41dB。也就是說，一個符合技術指標的N4691D完成全兩端口校準后，我們用理想負載檢驗結果，理應看到這兩個頻段的反射分別小于-46dB和-41dB。

由于反射系數(shù)這么低的理想負載并不存在，因此在實驗室驗證校準結果時遇到的情況并不會如此理想。（您如果有機械校準件的話，不妨查看一下配套的負載在不同頻段的回波損耗）。假設用一個回波損耗為-40dB的“較理想”的負載驗證，驗證結果應該-40dB上下。具體說來，根據(jù)【表3】數(shù)據(jù)2~10GHz時結果在-44.46dB和-37.07dB之間，20~26.5GHz時在 -48.80dB和-35.72dB之間【表4】?，F(xiàn)在是不是明白為什么網(wǎng)上說的”驗證校準要堵負載然后小于-40dB“是怎么來的了?其實全頻段回波損耗都小于-40dB并不是很容易的事情，這取決于您所使用的網(wǎng)分，校準件，校準方式，驗證負載等。

而當 校準件超差 ，這時的驗證結果就更難說明問題了。我們下面把當前超差校準件的實測誤差帶入公式，評估一下當前情況的實測結果，2~10GHz時如下【表5】所示：

20~26.5GHz時數(shù)據(jù)如【表6】所示：

同樣對于Г=0.001的理想負載，該超差校準件僅能得到2~10GHz時小于-40.72dB【表5】，和20~26.5GHz 時小于-32.16dB的結果【表6】，距離N4691D本身的方向性有較大距離。

對于Г=0.01這種“較理想”負載，由于校準件超差，因此回波損耗的范圍變得很大。尤其在高頻，最大值可能達到-29.42dB【表6】。 這會令人懷疑，到底是全兩端口校準操作過程出現(xiàn)了問題？還是網(wǎng)分出現(xiàn)了問題？又或者是用于驗證的負載出現(xiàn)了問題？

比起驗證時候的反射系數(shù)數(shù)值不準確 更為嚴重的是 ，由于校準件沒有被正確校準，指標超差，但是網(wǎng)分默認我們使用了合格的校準件，并讀取了“合格狀態(tài)的EEPROM特征參數(shù)”，這會導致網(wǎng)分測量后修正計算給出測試結果時產(chǎn)生偏差。于是用戶誤以為得到一個好的結果，但是 產(chǎn)品的實際性能卻差很多， 這樣的測試風險充滿了不確定性。

很多工程師可能會說，我們知道網(wǎng)分測反射系數(shù)小的時候不確定度很大，但是除了你們做儀表的人，誰沒事測那么低的反射啊。好的，那我們看看回波損耗-20dB時候的情況，這也接近某些RF器件做負載匹配時的實際工況。2~10GHz時，回波損耗指標范圍為（-20.39dB，-19.63dB） 【表3】，也就是說電子校準件引入的不確定度有±0.38 dB。由于此電子校準件超差，這一不確定度被放大到± 0.77 dB【表5】。這一情況在更高頻段惡化程度更高，20~26.5GHz時±0.60的不確定度被放大到±2.28 dB【表6】。如果在測量器件反射時有接近5dB的不確定度， 您還能安心么？

是德科技原廠的校準件校準報告除了包含設計指標的計量測試結果以外，還在功能性測試部分給出了插針深度和重復性測試結果。這份報告中插針深度超差，剛收到的時候是-0.0015mm：

結合端口A反射超差的結論，這個校準件只有靠維修更換連接器才能重新恢復精度了。維修費用接近2萬元人民幣。是的，親兄弟明算賬，是德科技內(nèi)部的維修和計量校準其實也是收費的。完成維修后這個校準件又做了計量和功能性部分的全部測試。關于插針深度的結果在校準證書后半部分：

是德科技的精密機械校準件是自帶測插針深度的量規(guī)的，但是很少看到工程師使用這個專業(yè)設備，為什么我們要吹毛求疵一樣的去檢查這個插針深度呢？很多工程師認為插針深度太短會“接觸不良”，太長可能會捅壞接頭。其實插針深度帶來的影響要嚴重得多，我們以空氣線特性阻抗的參數(shù)建模為例，觀察插針深度對傳輸反射特性的影響。

早在90年代，惠普的工程師Kenneth H. Wong曾發(fā)表論文介紹如何將同軸空氣線溯源到幾何量的方法。插針深度是建模中重要的變量之一。

下面這個動畫，就是根據(jù)測得的內(nèi)導體外徑、外導體內(nèi)徑、插針深度以及插針直徑建模這些物理參數(shù)，計算得到10cm空氣線S參數(shù)?？梢钥吹轿⑿〔遽樕疃鹊淖兓?~0.008mm）會帶來S11反射劇烈的變化。

在是德科技服務中心實際的計量校準和維修案例中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)超差的端口伴有插針深度超差。

所以，手頭有量規(guī)的工程師，請用好你們的高級裝備，關注校準件或連接器Data Sheets中插針深度的特征值。 沒有量規(guī)的工程師也請在日常使用中正確操作，尤其是 正確使用力矩扳手，避免連接器損壞。

最后，讓我們來探討一下如何驗證或確認全兩端口校準成功。有的工程師提出來，既然知道負載高頻性能不理想，那就不建議用俗稱“堵負載”的方法驗證，可以用連接器看直通時的反射和傳輸。也有工程師提出，直通件也沒那么理想，不如用開路器，短路器驗證單端口特性。還有的工程師提出，不妨購買校驗件來驗證校準結果。

這些建議都有其合理性。具體到實際工作中，使用者會更熟悉更了解日常使用的校準件、檢驗件以及測試場景。單純討論用哪種方法最好，“堵負載應該小于多少dB”、“直通驗證應該小于多少dB”等問題，有時反而會導致刻舟求劍的效果。還是應該結合技術指標，找到適合當前場景的，既可行又科學的工程驗證方法。

而比這個方法更重要的是理論思考和日常使用的點點滴滴。另外，無論哪種方式的工程驗證，都不能100%發(fā)現(xiàn)網(wǎng)分或者校準件超差， 因此定期的計量校準，使用更高精度的外部設備確認儀表的精度是否滿足指標也是必要的。

是德科技位于北京和成都的服務中心符合ISO 17025質(zhì)量體系，并通過了ANAS，CNAS實驗室雙認證。對于電子校準件主流型號，可以出具具有國際互認的ANAB認可校準報告。

通過前面幾章的描述，您應該深入了解了校準件計量校準的相關知識，成為全國為數(shù)不多的能看懂電子校準件計量報告的人。這一章我們會介紹一下報告以外的內(nèi)容——您的校準件在原廠服務中心還做了哪些“特殊服務”？

目前，是德科技全球只有幾個服務中心可以給電子校準件提供維修校準服務，其復雜程度和技術難度連很多我們的同事都會望而卻步。以最簡單的無需維修的電子校準件校準為例，標準流程如下：

如果結果理想的話，校準就結束了。兩輪測試數(shù)據(jù)分別是校準報告中As Received和As Completed的測試數(shù)據(jù)。但是實際情況往往不那么理想，這時校準工程師會嘗試清潔連接器、重新測試并刷新EEPROM等操作，也會根據(jù)結果評估是否需要維修。第四章舉的例子就是通過重寫EPROM，使卡邊的電子校準件數(shù)據(jù)回到指標范圍內(nèi)。

實際上我們遇到的更多的是涉及到維修的情況。通常來講，大部分校準件超差都是因為連接器發(fā)生物理形變造成的，維修方法是更換連接器。請注意，校準件使用的都是精密無槽連接器，F(xiàn)emale那端不是具有開槽的蓮花瓣形狀，而是一個更為精密的圓環(huán)，在顯微鏡下還能看到圓環(huán)內(nèi)部有6個內(nèi)芯（Finger）。以下是好的連接器和有故障連接器在顯微鏡下的照片。

請注意上圖右側的故障都是因為 不正確的人為操作 導致的，正常的磨損不會造成如此嚴重的損傷。左側兩個狀態(tài)良好的連接器僅代表外觀在顯微鏡下看起來良好，并不能代表計量校準的結果是符合技術指標的（比如插針深度就沒有體現(xiàn)在圖片上）。由于Female端口相對更容易被損壞，因此上面舉例的時候用的Female端口的圖片。Male端口雖然沒有六個內(nèi)芯，但是同樣會出現(xiàn)磨損，磕碰，偏針等情況。電子校準件物理尺寸損壞或插針深度有問題是無法通過預檢的，必須先進行維修更換連接器，否則會損壞與它相連的標準設備。

更換精密連接器通常價格不菲，很多客戶得知這一消息時候情緒是非常崩潰的，“我就想來做個血常規(guī)，結果你說晚期了要進ICU？？？”更換連接器價格高昂，其中一方面原因是精密連接器本身的成本。這些連接器都是精密無槽的，而且內(nèi)側和電路板連接的結構也比較特殊，這樣才能確保安裝后的技術指標。另一方面，為了保證電子校準件的技術指標，這些連接器不是簡單裝上就可以完成維修。以下是更換連接器后的服務步驟：

在原廠服務中心，有一臺經(jīng)過校準的高低溫箱，專門用來消除維修后校準件的熱應力。維修后的校準件需要前后經(jīng)過兩次從高溫到零下的熱循環(huán)，每次熱循環(huán)跑完都會跑兩輪計量校準程序。這是真正意義上的回爐重造。兩次計量測試的目的在于確定應力已經(jīng)全部消除。發(fā)給客戶后，電子校準件的參數(shù)即使輕微漂移也在規(guī)定的技術范圍內(nèi)。據(jù)說西游記里的頂級裝備都是太上老君的八卦爐出的，我覺得是德科技的這臺高低溫箱更厲害，畢竟八卦爐都沒有零下熱循環(huán)功能。

盡管是德科技率先在本地建設了全球領先的電子校準件維修和校準能力，但是我們?nèi)匀粡娏医ㄗh您 愛護自己的電子校準件和高頻連接器， 小到一個轉接頭或線纜，大到儀表的測試端口。畢竟維修既要花錢又要花時間的。

校準件和高頻轉接頭在使用中務必正確是使用力矩扳手——力矩扳手發(fā)生彎折即可停止，不要擰到90度的位置。另外每次用完連接器或電纜后應放到安全不會磨損的固定位置，儀表或者校準件的端口也應蓋上端帽，不但保護它的物理尺寸，還能避免大信號或者靜電打進來。

無論是高速數(shù)字相關應用還是射頻相關應用，2.4mm、1.85mm端口的電子校準件使用得越來越頻繁。他們的健康情況會直接影響參數(shù)提取或者射頻測試。為了降低不良校準件給射頻測試中帶來的風險，我們撰寫了這篇篇幅較長、內(nèi)容硬核的技術文章。我們在六個章節(jié)中解釋了網(wǎng)分校準件的技術指標和校準原理，解讀了一份校準報告，指出了校準件超差給測試帶來的風險。最后介紹了電子校準件在原廠維修中心“回爐重造”的過程。

我們還在本文中再次提醒正確使用和維護設備的方法。這些操作可以避免人為操作導致的損害，有效提高設備使用率。選擇原廠KeysightCare服務合約，將延保和周期計量校準納入您的設備維護計劃，更是可以使您的設備“穩(wěn)中更穩(wěn)”。