本发明属于矢量网络分析仪校准领域，具体涉及一种矢量网络分析仪的直通-短路-短路校准方法。
背景技术：
在射频微波电路与系统分析中，必须要已知元器件本身的参数，才能进行各种设计。在设计过程中通常用散射参数，即s参数，来表征元器件的特性。s参数测量的基本方法在几十年前就已经发展起来了，最典型的s参数测量仪器就是矢量网络分析仪。矢量网络分析仪不仅可以测量这些散射参数，而且可以方便地转换为其他形式的特性参数，因此网络分析仪大大扩展了微波测量的功能和提高了工作效率，也使得网络分析仪得到迅速的发展。而在实际生活中，矢量网络分析仪已经广泛应用于航空航天、卫星通信和雷达监测等领域，在微波测量领域有着至关重要的作用。
作为一种非常精密的仪器，矢量网络分析仪的校准过程和误差修正过程是至关重要的部分。由于任何的测量装置都不可能是理想的，特别是网络分析仪通常都工作在几十mhz到几十ghz的频率范围内，测量装置不可能在如此宽的频率范围内都具有理想的性能和良好的一致性，这些性能上的非理想和非一致性都将导致测量误差。而一味地追求硬件性能上的改进，一方面会造成设计难度的大大增加，另一方面也将使得仪器成本显著提高。因此，一个合理的解决方案就是允许直接的测量结果存在误差，而通过适当的方法得到各项误差并对测量结果进行修正，从而获得准确的测量结果。
在具体的校准实验过程中，如果需要对矢量网络分析仪或者其他精密仪器进行校准时，一般情况下会选择已经成熟完善的直通-反射-传输线(trl)校准方法或者短路-开路-负载-直通(solt)校准方法进行校准，以trl校准方法为例，在文献[1]陈婷,杨春涛,陈云梅,张国华.trl校准方法原理及应用[j].计量技术,2007(07):46-50.中所提到的，首先在进行直通校准(t)时，需要将仪器两端的夹具进行移动，使两端的夹具对接，完成直通校准；其次进行反射校准(r)时，需要先将仪器两端的夹具分开，并在其中接入反射校准件，完成反射校准；最后进行传输线校准(l)时，需要先取下反射校准件，接入传输线校准件，完成传输线校准。在利用trl校准方法校准仪器的整个过程中，矢量网络分析仪两端的夹具需要不断的移动，对于小型夹具来说易于操作，但是如果仪器两端夹具过大或者不宜移动，在利用trl校准方法时，首先操作上就会遇到阻碍；其次，在进行直通校准时，仪器两端夹具需要进行对准对接，在此过程中两端夹具之间容易产生摩擦，也会对最终的校准结果产生影响。
技术实现要素：
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种矢量网络分析仪的直通-短路-短路校准方法，在校准过程中，矢量网络分析仪两端的夹具不用进行移动即可完成校准。
本发明的技术方案是：一种矢量网络分析仪的直通-短路-短路校准方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：直通校准；
将被测试装置与矢量网络分析仪两端连接的部件作为矢量网络分析仪两侧的夹具，从被测试装置的中心位置到矢量网络分析仪左侧夹具之间任选一个位置作为左侧参考面；相应的在被测试装置的中心位置右侧对应位置再取一个参考面，作为右侧参考面；
设左参考面与右参考面之间的距离设为l0，进行直通校准，由矢量网络分析仪测量得到直通校准的测量值tm；
步骤二：第一次短路校准；
选取厚度为d1的第一短路片作为短路校准件，放入矢量网络分析仪两端夹具中，左侧参考面到所述第一短路片左侧的距离为l1，右侧参考面到所述第一短路片右侧的距离为l2，满足l1 l2 d1＝l0，进行第一次短路校准，由矢量网络分析仪测量得到到第一次短路校准的测量值m1、m2；
步骤三：第二次短路校准；
选取厚度为d2的第二短路片作为短路校准件，放在第一次短路校准时和所述第一短路片相同位置；所述第一短路片和第二短路片的厚度差为
或者选用厚度为d1的第一短路片作为短路校准件，调整所述第一短路片的位置，使得所述第一短路片在第一次短路校准和第二次短路校准的位置的距离差为
选择上述第二种方法采用与步骤二相同的所述第一短路片，所述第一短路片左侧到左侧参考面的距离为l3，所述第一短路片右侧到右侧参考面的距离为l4，且满足
步骤四：完成校准；
由步骤一、二、三得到的测量值tm、m1、m2、m3、m4，对矢量网络分析仪的8项误差a、b、c、d、f、g、x22、y22分别进行计算，完成校准，公式如下：
有益效果
本发明的有益效果在于：在整个校准的过程中，矢量网络分析仪两端的夹具始终是固定，没有对其进行任何其他操作，对于小型夹具来说，本发明的lss校准方法与trl校准方法相比，在操作难度上以及校准结果的精确度上没有差别；但是对于大型夹具或者不宜移动的夹具来说，由于仪器两端的夹具是固定的，本发明的lss校准方法利用仪器两端夹具之间的固定距离完成一次直通校准，避免了trl校准方法中直通校准需要将两端夹具对接的步骤，不仅使得操作更为简便，而且也避免了在对准对接过程中因为摩擦带来的影响。在两次短路校准过程中，本发明的lss校准方法，在仪器两端夹具固定的情况下，在两端夹具中间改变同一短路片的位置或者在同一位置改变短路片的厚度后，进行两次短路校准即可，相比较于trl校准方法的反射校准需移动两端夹具并接入反射校准件来说，同样操作上更为简便。
附图说明
图1是自由空间法测试装置直通校准的示意图；
图2是自由空间法测试装置第一次短路校准的示意图；
图3是自由空间法测试装置第二次短路校准的示意图；
图4是波导法测试装置直通校准的示意图；
图5是波导法测试装置第一次短路校准的示意图；
图6是波导法测试装置第二次短路校准的示意图；
附图标记说明：1-矢量网络分析仪，2-喇叭天线，3-介质透镜，4-支架，5-参考面，6-薄短路片，7-厚短路片，8-同轴波导转换器，9-法兰，10-螺丝，11-矩形直波导，12-扼流法兰，13-中间矩形直波导，14-左侧参考面，15-右侧参考面，16-左侧矩形直波导，17-右侧矩形直波导。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明一种基于矢量网络分析仪的直通-短路-短路校准方法，利用一次直通校准、两次短路校准完成最终的校准；
以矢量网络分析仪的8项误差模型为基础，从整个被测试装置的中心位置到矢量网络分析仪左侧夹具之间任选一个位置取参考面，作为左侧参考面，相应的在右侧对应位置再取一个参考面，作为右侧参考面，将左侧参考面以左的所有需校准的部分的t矩阵设为[tx]，将右侧参考面以右的所有需校准的部分的t矩阵设为[ty]；
设
设
其中，a、b、c、d、f、g、x22、y22是需要校准的8个误差项，经过进一步分析，x22、y22并不需要单独求出，只需求出二者之积x22y22即可，因此需要校准的误差项有7个；
首先进行直通校准。设左参考面与右参考面之间的距离设为l0，进行直通校准时，可以得到测量值tm：
其中，t为左右参考面之间部分的t矩阵，tm为直通校准的测量值，γ为传播常数；
γ＝βi(4)
其中，β为相位常数，i为虚数单位；
其中，λ为介质波长；
在进行第一次短路校准。选取短路片作为短路校准件，在矢量网络分析仪两端夹具中放入厚度为d1的短路片，左侧参考面到短路片左侧的距离为l1，右侧参考面到短路片右侧的距离为l2，满足l1 l2 d1＝l0，进行第一次短路校准，即可得到测量值m1、m2：
其中，γ为短路片的反射系数，即γ＝-1，m1、m2为第一次短路校准的测量值；
最后进行第二次短路校准。有两种方法：
用另外一个不同厚度的短路片放在第一次短路校准时相同位置；但是需要保证两个短路片的厚度差为
用同一个短路片放在不同位置；但是需要保证两次位置的距离差为
这里选择第二种方法，即利用同一个短路片，而改变短路片放置的位置：此时，短路片左侧到左侧参考面的距离为l3，短路片右侧到右侧参考面的距离为l4，且满足
其中，m3、m4为第二次短路校准的测量值；
联立式(3)、(6)、(8)可以得到：
d1cf e1c f1f g1＝0(10)
其中，
联立式(3)、(7)、(9)可以得到：
d2cf e2c f2f g2＝0(16)
其中，
比较式(10)、式(16)，发现是关于c、f的二元二次方程，联立两式即可得到c、f的值，
其中，c取绝对值更接近于0的值。
因为其他未知量均可以由c、f表示出来，所以通过式(22)、式(23)即可将其他5个误差项全部求出，完成校准。
实施例1：
如图1所示，是自由空间法测试装置示意图，利用矢量网络分析仪器1、喇叭天线2和介质透镜3对待测件进行测量，整个装置包括一台矢量网络分析仪1，两个完全相同的喇叭天线2、两个完全相同的介质透镜3，一个支架4，支架4用于固定待测件。现在需要对整个装置进行校准，因为喇叭天线2较大，不易于移动，因此利用本发明所研究的tss校准方法进行校准。选取两个介质透镜3距离中间位置为参考面5，此时，左侧参考面和右侧参考面为同一个参考面，l0＝0。按照图1所示位置进行测量，就可以完成直通校准。
如图2所示，在两个介质透镜3距离中间位置，即参考面5的位置处放入一个厚度为d1的薄短路片6，进行第一次短路校准测量，此时，
如图3所示，取下厚度为d1的薄短路片6，在同样位置放入厚度为d2的厚短路片7，要求薄短路片6与厚短路片7的厚度差为
完成三次校准测量后，利用测量值以及公式(1)——公式(23)就能够对包括矢量网络分析仪1、喇叭天线2、介质透镜3以及两者的连接处在内的所有部分完成校准；在整个校准过程中，没有移动喇叭天线，也没有移动介质透镜，只需要在参考面5处放入不同厚度的短路片即可，操作简单方便。
实施例2：
如图4所示，是波导法测试装置，包括矢量网络分析仪1、两个完全相同的同轴波导转换器8、两个完全相同的矩形直波导11、四个完全相同的法兰9、若干螺丝10，将每个矩形直波导11利用法兰9固定，并用螺丝10将矩形直波导11和同轴波导转换器8固定连接，按图4所示将器件进行连接。将直通校准件放入矢量网络分析仪两端夹具之间，进行直通校准；直通校准件是一个长度l5为矩形直波导13，且由两个宽度为l6扼流法兰12进行固定，由于扼流法兰12的存在，直通校准件可以不与夹具连接，左右两侧各留有空气间隙。因为空气腔也需要校准，所以在左侧空气腔与矩形直波导13中心位置之间，靠近左侧空气腔位置选取左侧参考面14，对称的在右侧选取右侧参考面15。
如图5所示，将第一个短路校准件放入矢量网络分析仪两端夹具中，进行第一次短路校准；第一个短路校准件由长度为l7矩形直波导16、长度为l8矩形直波导17、一个厚度为d1的薄短路片6、两个法兰9、两个宽度为l6扼流法兰12、若干螺丝10组成。由于在本实施例中，波在矩形直波导中进行传播，所以要求长度为l7矩形直波导16与长度为l8矩形直波导17的长度差大约为
如图6所示，将第二个短路校准件放入矢量网络分析仪两端夹具中，进行第二次短路校准；将第一个短路校准件取出，翻转即可得到第二个短路校准件。
设矩形直波导波端口内壁的宽边长度为a，由于本实施例中，波在矩形直波导中进行传播，所以公式(5)中的λ应该为波导波长λg，通过公式(5)可以得到：
其中，λ仍为介质波长；
完成三次校准测量后，利用测量值以及公式(1)——公式(25)就能够对包括矢量网络分析仪1、矩形直波导11、同轴波导转换器8、法兰9、空气间隙在内的所有部分完成校准；在整个校准过程中，矢量网络分析仪两端的夹具始终是固定的，不需要进行移动。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
1.一种矢量网络分析仪的直通-短路-短路校准方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：直通校准；
将被测试装置与矢量网络分析仪两端连接的部件作为矢量网络分析仪两侧的夹具，从被测试装置的中心位置到矢量网络分析仪左侧夹具之间任选一个位置作为左侧参考面；相应的在被测试装置的中心位置右侧对应位置再取一个参考面，作为右侧参考面；
设左参考面与右参考面之间的距离设为l0，进行直通校准，由矢量网络分析仪测量得到直通校准的测量值tm；
步骤二：第一次短路校准；
选取厚度为d1的第一短路片作为短路校准件，放入矢量网络分析仪两端夹具中，左侧参考面到所述第一短路片左侧的距离为l1，右侧参考面到所述第一短路片右侧的距离为l2，满足l1 l2 d1＝l0，进行第一次短路校准，由矢量网络分析仪测量得到到第一次短路校准的测量值m1、m2；
步骤三：第二次短路校准；
选取厚度为d2的第二短路片作为短路校准件，放在第一次短路校准时和所述第一短路片相同位置；所述第一短路片和第二短路片的厚度差为
或者选用厚度为d1的第一短路片作为短路校准件，调整所述第一短路片的位置，使得所述第一短路片在第一次短路校准和第二次短路校准的位置的距离差为
选择上述第二种方法采用与步骤二相同的所述第一短路片，所述第一短路片左侧到左侧参考面的距离为l3，所述第一短路片右侧到右侧参考面的距离为l4，且满足
步骤四：完成校准；
由步骤一、二、三得到的测量值tm、m1、m2、m3、m4，对矢量网络分析仪的8项误差a、b、c、d、f、g、x22、y22分别进行计算，完成校准，公式如下：
