تحليل موجز لنموذج الخطأ ومعايرة محلل الشبكة الاتجاهية

ناقشتُ مؤخرًا نموذج الخطأ وعملية معايرة محللات الشبكة الاتجاهية مع زميل لي في المجال. وقد قمتُ بتلخيصها بإيجاز وشاركتها معكم. نرحب بمناقشتها معًا.

إن نموذج الخطأ في برنامج يانيت ليس سهل الفهم. عادةً، لا يتعمق فيه إلا مطورو يانيت أو المتخصصون في تقنيات الاختبار. قبل استخدام يانيت للاختبار، يلزم معايرة خطأ النظام. والهدف من ذلك هو تصحيح الخطأ الناتج عن جهاز الاختبار نفسه والحصول على قيم معاملات S الحقيقية للجهاز قيد الاختبار.

يمكن تقسيم معايرة خطأ النظام إلى معايرة خطأ النظام أحادي المنفذ ومعايرة خطأ النظام ثنائي المنفذ. تُستخدم الأولى بشكل أساسي لاختبار معامل الانعكاس والمعلمات المشتقة منه للأجهزة أحادية المنفذ، بينما تُستخدم الثانية بشكل أساسي لاختبار معاملات S الكاملة والمعلمات المشتقة منها للأجهزة ثنائية المنفذ.

تتضمن معايرة أخطاء النظام أحادي المنفذ معايرة OSM (مفتوح/قصير/مطابقة، وتُسمى أحيانًا OSL - مفتوح/قصير/حمل) والمعايرة المعيارية. تُعد معايرة OSM معايرة كاملة أحادية المنفذ، حيث تُصحح أخطاء الاختبار الشامل أحادي المنفذ، مما يجعلها الأكثر دقة عند اختبار الأجهزة أحادية المنفذ. أما معايرة الانعكاس المعيارية فهي سريعة جدًا، ولكن استخدام مُكوّن معايرة واحد فقط (مفتوح أو قصير) لا يُمكنه حل سوى خطأ واحد في تتبع الانعكاس، وبالتالي تكون دقتها محدودة.

الشكل 1 هو رسم تخطيطي مكافئ لجهاز قياس الانعكاس. والسبب في إمكانية اختبار معامل الانعكاس هو احتوائه على عنصر اتجاهي - وهو موصل اتجاهي (تستخدم معظم شبكات المتجهات منخفضة التردد جسر VSWR)، والذي يحقق فصل الموجات الساقطة عن الموجات المنعكسة.

الشكل 1. رسم تخطيطي موجز لجهاز قياس الانعكاس

تتلخص العملية الأساسية لاختبار الانعكاس في: يقوم مصدر الإثارة (Source) بتوفير الإشارة a1، وتُرسل معظم منافذ الشبكة المتجهة إلى الجهاز قيد الاختبار (DUT) بعد مرورها عبر الموصل (Publicer). تصل الإشارة المنعكسة من الجهاز قيد الاختبار إلى جهاز الاستقبال (Meas). بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لأن الموصل ليس مثاليًا، فإن عزله محدود أيضًا، مما يؤدي إلى تغذية جزء من إشارة الإثارة a1 مباشرةً إلى جهاز الاستقبال عبر قناة العزل الخاصة بالموصل.

بمعنى آخر، تحتوي الإشارة b3 التي يستقبلها جهاز الاستقبال في القياس في الواقع على ثلاثة أجزاء: الإشارة المنعكسة مباشرة بواسطة الجهاز قيد الاختبار، وإشارة الانعكاس المتعدد على سطح الاختبار المرجعي، والإشارة المتسربة مباشرة عبر قناة عزل الموصل.

قبل سرد الصيغ، دعونا نقدم بإيجاز معلمات التعريف في الشكل: يحتوي الموصل نفسه على 4 منافذ، ولكن بالنظر إلى أن النموذج لا يتضمن سوى بعض معلمات الموصل، فإنه يعادل جهازًا بثلاثة منافذ هنا، والمنافذ هي المنفذ 1 والمنفذ 2 والمنفذ 3.21يشير إلى معامل النقل العابر للمقرن، S31يشير إلى معامل انتقال قناة التسريب، S32يشير إلى معامل نقل قناة الاقتران.

لتبسيط الأمر، يمكنك أولاً رسم مخطط تدفق الإشارة أعلاه، كما هو موضح أدناه: (ΓDUT(معامل الانعكاس الحقيقي للجهاز قيد الاختبار).

الشكل 2. مخطط تدفق الإشارة أثناء اختبار المنفذ الواحد

يمكن الحصول على b مباشرة من مخطط تدفق الإشارة3تعبير عن:

بعد التبسيط، تكون القيم المقاسة لمعامل الانعكاس كما يلي:

يتضح من الصيغة أعلاه أن قياس معامل الانعكاس يحتوي على أربعة حدود خطأ: S21،س32،س31،S. تسمى عمومًا (S21· س32) 为反射跟踪R(التتبع الفعّال)، 称S31/(س21· س32) هو التوجيه، ويختصر بـ D (التوجيه)، و S يسمى معامل انعكاس منفذ المصدر.

بعد التبسيط، توجد في الواقع ثلاثة حدود خطأ R وD وS في اختبار المنفذ الواحد. أثناء المعايرة، تُستخدم ثلاثة أجزاء قياسية: مفتوح، قصير، ومتطابق. يُنتج عن كل جزء قياسي معادلة، تُمكن من حل حدود الخطأ الثلاثة بشكل فريد، ومن ثم تصحيح نتائج القياس.

ولتسهيل التوسع إلى حالة الاختبار ثنائي المنافذ، يتم تقديم شبكة ثنائية المنافذ مع وجود خطأ، وهي شبكة ثنائية المنافذ مكافئة تحتوي على أربعة معاملات S eاي جايوالعلاقة المقابلة مع R و D و S هي: R=e01· ه10,د = ه00/ ص، S = ه11.

يمكن لكل منفذ من منافذ الشبكة المتجهة الحصول على خطأ مكافئ لشبكة ثنائية المنافذ. وتكون الأخطاء المصاحبة لاختبار المنفذين أكبر بكثير من تلك المصاحبة لاختبار المنفذ الواحد، لذا يلزم استخدام طريقة معايرة أكثر تعقيدًا لتصحيح نتائج الاختبار.

الشكل 3. شبكة ثنائية المنافذ ذات خطأ مكافئ

تُعدّ معايرة TOSM (المرور، الفتح، القصر، المطابقة) من أكثر طرق معايرة أخطاء الأنظمة ثنائية المنافذ شيوعًا، وتُعرف أحيانًا باسم SOLT (الحمل، الحث). تُناسب معايرة TOSM نموذج خطأ مكونًا من 12 حدًا، حيث يتم الحصول على 10 أخطاء بعد التبسيط. تُوفر معايرة TOSM عشر معادلات بالضبط، مما يسمح بتحديد حل حد الخطأ بشكل فريد.

فيما يلي مثال لاختبار إعادة توجيه الشبكة ثنائية المنافذ لملاحظة مسارات الإشارة المحتملة: يوجد خمسة مسارات إشارة محتملة من 1 إلى 5. من بينها، يمثل المسار 5 التداخل بين المنافذ أو جهاز الاختبار. ولتبسيط الأمر، لم يُدرج هذا المصطلح في الصيغة التالية، أي أن المنافذ تُعتبر معزولة تمامًا.

يتضح من مخطط تدفق الإشارة أن معامل الإرسال الأمامي للاختبار S21عندما يكون الخطأ، فإنه ينشأ بشكل أساسي من استجابة تردد الإرسال لجهاز الاختبار نفسه، والانعكاسات المتعددة من سطح الاختبار المرجعي، وما إلى ذلك. يظهر الخطأ المُسقط على شبكة ثنائية المنافذ في الشكل 5. وبالاقتران مع مخطط تدفق الإشارة المقابل في الشكل 4، يمكن استنتاج S21التعبير بين القيمة المقاسة وحد الخطأ.

الشكل 4. شبكة ثنائية المنافذ: مسارات الإشارة الموجودة أثناء الاختبار الأمامي

الشكل 5. مسارات الإشارة وحدود الخطأ المقابلة أثناء الاختبار الأمامي والعكسي

R، D، S، T (تتبع الإرسال)، L (مطابقة التحميل)، S11 وS21يُعبّر عن القيمة المقاسة كما يلي:

سيتضمن الاختبار الخلفي استخدام لغة البرمجة R'،د'،س'、ت'、 ل' (تحميل المباراة) 五项误差، S12 وS22يُعبّر عن القيمة المقاسة كما يلي:

بعد معايرة TOSM، يمكن الحصول على هذه الأخطاء العشرة، ثم استبدالها في المعادلة أعلاه لحساب معلمات S الأربعة الحقيقية.

هذه المقالة مقتبسة من "شبكة ترددات الراديو بالميكروويفندعم حماية حقوق الملكية الفكرية، لذا يُرجى ذكر المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذف المحتوى.