Eine kurze Analyse des Fehlermodells und der Kalibrierung des Vektornetzwerkanalysators

Kürzlich habe ich mit einem Branchenkollegen das Fehlermodell und den Kalibrierungsprozess von Vektornetzwerkanalysatoren besprochen. Ich habe die Ergebnisse kurz zusammengefasst und teile sie gerne mit Ihnen. Diskutieren Sie mit!

Das Fehlermodell von Yanet ist in der Tat nicht leicht zu verstehen. Im Allgemeinen befassen sich nur die Entwickler von Yanet oder Spezialisten für Testtechnologien eingehend damit. Vor dem Testen mit Yanet ist eine Systemfehlerkalibrierung erforderlich. Ziel ist es, den vom Testgerät selbst verursachten Fehler zu korrigieren und die wahren S-Parameter des Prüflings zu ermitteln.

Die Systemfehlerkalibrierung lässt sich in Ein-Port- und Zwei-Port-Systemfehlerkalibrierung unterteilen. Erstere dient hauptsächlich der Prüfung des Reflexionskoeffizienten und seiner abgeleiteten Parameter bei Ein-Port-Bauelementen, während letztere hauptsächlich zur Prüfung der vollständigen S-Parameter und ihrer abgeleiteten Parameter bei Zwei-Port-Bauelementen eingesetzt wird.

Die Kalibrierung von Systemfehlern an Einzelports umfasst die OSM-Kalibrierung (Open/Short/Match, manchmal auch OSL – Open/Short/Load) und die normierte Kalibrierung. Die OSM-Kalibrierung ist eine vollständige Einzelportkalibrierung, die alle Fehlerterme bei umfassenden Einzelporttests korrigieren kann und daher die höchste Genauigkeit bei der Prüfung von Einzelportbauteilen bietet. Die Reflexionsnormierungskalibrierung ist sehr schnell, jedoch kann die Verwendung nur einer einzigen Kalibrierungskomponente (Open oder Short) lediglich einen Fehlerterm der Reflexionsverfolgung beheben, wodurch die Genauigkeit begrenzt ist.

Abbildung 1 zeigt ein schematisches Ersatzdiagramm eines Reflektometers. Der Reflexionskoeffizient kann gemessen werden, da das Reflektometer ein Richtelement enthält – einen Richtkoppler (die meisten Niederfrequenz-Vektornetzwerke verwenden eine VSWR-Brücke), der die Trennung von einfallenden und reflektierten Wellen bewirkt.

Abbildung 1. Kurze schematische Darstellung des Reflektometers

Der grundlegende Ablauf des Reflexionstests: Die Anregungsquelle Source liefert das Signal a1. Nach Durchlaufen des Kopplers werden die meisten Ports des Vektornetzwerks an das Prüfobjekt (DUT) ausgegeben. Das vom Prüfobjekt reflektierte Signal erreicht den Messempfänger Meas. Da der Koppler nicht ideal ist, ist seine Isolation begrenzt, wodurch ein Teil des Anregungssignals a1 direkt über den Isolationskanal des Kopplers an den Messempfänger Meas gelangt.

Mit anderen Worten, das vom Messempfänger empfangene Signal b3 enthält tatsächlich drei Teile: das vom Prüfling direkt reflektierte Signal, das Mehrfachreflexionssignal an der Testreferenzfläche und das Signal, das direkt durch den Koppler-Isolationskanal austritt.

Bevor wir die Formeln auflisten, erläutern wir kurz die Identifikationsparameter in der Abbildung: Der Koppler selbst hat 4 Anschlüsse, da das Modell jedoch nur einige Parameter des Kopplers berücksichtigt, entspricht er hier einem 3-Anschluss-Gerät, und die Anschlüsse sind Anschluss 1, Anschluss 2 und Anschluss 3.21bezieht sich auf den Durchlassübertragungskoeffizienten des Kopplers, S31bezieht sich auf den Transmissionskoeffizienten des Leckkanals, S32bezieht sich auf den Transmissionskoeffizienten des Kopplungskanals.

Der Einfachheit halber können Sie zunächst das obige Signalflussdiagramm wie unten dargestellt zeichnen: (ΓDUTist der tatsächliche Reflexionskoeffizient des Prüflings (DUT).

Abbildung 2. Signalflussdiagramm während des Einzelporttests

b kann direkt aus dem Signalflussdiagramm entnommen werden.3Der Ausdruck von:

Nach Vereinfachung ergeben sich folgende Messwerte des Reflexionskoeffizienten:

Aus der obigen Formel geht hervor, dass die Messung des Reflexionskoeffizienten vier Fehlerterme enthält: S21,S32,S31,S. Allgemein als (S21· S32) 为反射跟踪R(eflektive Verfolgung)，称S31/(S21· S32) ist die Richtwirkung, abgekürzt D (Richtwirkung), und S wird als Reflexionskoeffizient des Quellports bezeichnet.

Nach Vereinfachung ergeben sich bei der Ein-Port-Prüfung tatsächlich drei Fehlerterme R, D und S. Während der Kalibrierung werden drei Standardbauteile verwendet: Open, Short und Match. Jedes Standardbauteil liefert eine Gleichung, mit der sich die drei Fehlerterme eindeutig bestimmen und die Messergebnisse korrigieren lassen.

Um die Erweiterung auf den Fall der Zweitorprüfung zu vereinfachen, wird ein Fehler-Zweitornetzwerk eingeführt, das ein äquivalentes Zweitornetzwerk mit vier S-Parametern e ist.ich, jDie entsprechende Beziehung zu R, D, S ist: R=e01· e10，D= e00/R,S= e11.

Jeder Port des Vektornetzwerks kann ein solches äquivalentes Zwei-Port-Netzwerk mit Fehlern erzeugen. Die Fehler bei Zwei-Port-Tests sind wesentlich größer als bei Ein-Port-Tests, weshalb ein komplexeres Kalibrierungsverfahren erforderlich ist, um die Testergebnisse zu korrigieren.

Abbildung 3. Äquivalentes Fehler-Zweitornetzwerk

Die klassischste Fehlerkalibrierung für Zweitorsysteme ist TOSM (Through, Open, Short, Match), auch SOLT (L, Load) genannt. Die TOSM-Kalibrierung eignet sich für ein 12-gliedriges Fehlermodell; nach Vereinfachung ergeben sich 10 Fehlerterme. Mit der TOSM-Kalibrierung lassen sich exakt 10 Gleichungen aufstellen, sodass die Lösung für den Fehlerterm eindeutig bestimmt werden kann.

Im Folgenden wird der Vorwärtstest eines Dual-Port-Netzwerks als Beispiel herangezogen, um die möglichen Signalwege zu verdeutlichen: Insgesamt ergeben sich fünf mögliche Signalwege (1 bis 5). Signalweg 5 stellt das Übersprechen des Ports bzw. der Testvorrichtung dar. Der Einfachheit halber wird dieser Term in der folgenden Formel nicht berücksichtigt; die Ports werden also als ideal voneinander isoliert betrachtet.

Aus dem Signalflussdiagramm geht hervor, dass der Test-Vorwärtsübertragungskoeffizient S21Bei diesem Wert resultiert der Fehler hauptsächlich aus dem Übertragungsfrequenzgang des Prüflings selbst, Mehrfachreflexionen an der Prüfreferenzfläche usw. Der auf das Zweitornetzwerk abgebildete Fehler ist in Abbildung 5 dargestellt. In Kombination mit dem entsprechenden Signalflussdiagramm in Abbildung 4 lässt sich S ableiten.21Ausdruck zwischen dem Messwert und dem Fehlerterm.

Abbildung 4. Zweitornetzwerk: Signalwege während der Vorwärtsprüfung

Abbildung 5. Signalwege und zugehörige Fehlerterme während der Vorwärts- und Rückwärtsprüfung

前向测试将会涉及到R、D、S、T(Transmission Tracking)、L(Load Match)五项误差，S11 und S21Der Messwertausdruck lautet wie folgt:

Backtesting wird R beinhalten',D'、 S.',T'、L' (Ladeübereinstimmung) 五项误差，S12 und S22Der Messwertausdruck lautet wie folgt:

Nach der TOSM-Kalibrierung können diese 10 Fehler ermittelt und dann in die obige Gleichung eingesetzt werden, um die tatsächlichen vier S-Parameter zu berechnen.

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