Un breve análisis del modelo de error y calibración del analizador de redes vectoriales

Recientemente, conversé con un colega del sector sobre el modelo de error y el proceso de calibración de los analizadores de redes vectoriales. Resumí la información y la compartí con todos. Los invito a debatirla juntos.

El modelo de error de Yanet no es fácil de comprender. Generalmente, solo quienes desarrollan Yanet o se especializan en tecnología de pruebas lo estudian en profundidad. Antes de usar Yanet para realizar pruebas, es necesaria la calibración del sistema. El objetivo es corregir el error introducido por el propio dispositivo de prueba y obtener los parámetros S reales del DUT.

La calibración de errores del sistema se puede dividir en calibración de errores de sistema de un solo puerto y de doble puerto. La primera se utiliza principalmente para probar el coeficiente de reflexión y sus parámetros derivados en dispositivos de un solo puerto, mientras que la segunda se utiliza principalmente para probar los parámetros S completos y sus parámetros derivados en dispositivos de doble puerto.

La calibración de errores de sistemas de un solo puerto incluye la calibración OSM (circuito abierto/cortocircuito/coincidencia, a veces denominada OSL - circuito abierto/cortocircuito/carga) y la calibración normalizada. La calibración OSM es una calibración completa de un solo puerto que puede corregir los términos de error involucrados en las pruebas integrales de un solo puerto, por lo que ofrece la máxima precisión al probar dispositivos de un solo puerto. La calibración de normalización de reflexión es muy rápida, pero al utilizar solo un componente de calibración (circuito abierto o cortocircuito), solo se puede resolver un término de error del seguimiento de reflexión, por lo que la precisión es limitada.

La figura 1 muestra un diagrama esquemático equivalente de un reflectómetro. La razón por la que se puede medir el coeficiente de reflexión es que contiene un elemento direccional: un acoplador direccional (la mayoría de las redes vectoriales de baja frecuencia utilizan un puente VSWR), que logra la separación de las ondas incidentes y reflejadas.

Figura 1. Diagrama esquemático breve del reflectómetro.

El proceso básico de la prueba de reflexión es el siguiente: la fuente de excitación proporciona la señal a1, y la mayoría de los puertos de la red vectorial se envían al dispositivo bajo prueba (DUT) tras pasar por el acoplador. La señal reflejada por el DUT llega al receptor de medición (Meas). Además, dado que el acoplador no es ideal, su aislamiento también es limitado, lo que provoca que parte de la señal de excitación a1 se introduzca directamente en el receptor de medición (Meas) a través del canal de aislamiento del acoplador.

En otras palabras, la señal b3 recibida por el receptor de medición en realidad contiene tres partes: la señal reflejada directamente por el DUT, la señal de reflexión múltiple en la superficie de referencia de prueba y la señal que se filtra directamente a través del canal de aislamiento del acoplador.

Antes de enumerar las fórmulas, introduzcamos brevemente los parámetros de identificación en la figura: el acoplador en sí tiene 4 puertos, pero considerando que el modelo solo involucra algunos parámetros del acoplador, aquí es equivalente a un dispositivo de 3 puertos, y los puertos son puerto1, puerto2 y puerto3.21se refiere al coeficiente de transmisión de paso del acoplador, S31se refiere al coeficiente de transmisión del canal de fuga, S32Se refiere al coeficiente de transmisión del canal de acoplamiento.

Para simplificar, primero puede dibujar el diagrama de flujo de señales anterior, como se muestra a continuación: (ΓDUTes el coeficiente de reflexión real del DUT).

Figura 2. Diagrama de flujo de señales durante la prueba de puerto único

b se puede obtener directamente del diagrama de flujo de señales.3La expresión de:

Tras la simplificación, los valores medidos del coeficiente de reflexión son los siguientes:

Como se puede observar en la fórmula anterior, la medición del coeficiente de reflexión contiene cuatro términos de error: S21,S32,S31,S. Generalmente llamado (S21· S32) 为反射跟踪R(seguimiento efectivo)，称S31/(S21· S32) es la directividad, abreviada como D (directividad), y S se denomina coeficiente de reflexión del puerto fuente.

Tras la simplificación, en las pruebas de puerto único existen tres términos de error: R, D y S. Durante la calibración, se utilizan tres piezas estándar: circuito abierto, cortocircuito y coincidencia. Cada pieza estándar tiene una ecuación que permite resolver de forma unívoca los tres términos de error y, posteriormente, corregir los resultados de la medición.

Para facilitar la expansión al caso de prueba de dos puertos, se introduce una red de dos puertos de error, que es una red de dos puertos equivalente que contiene cuatro parámetros S ei, j, la relación correspondiente con R, D, S es: R=e01· mi10，D= mi00/R，S= mi11.

Cada puerto de la red vectorial puede obtener un error equivalente en una red de dos puertos. Los errores en las pruebas de doble puerto son mucho mayores que en las de un solo puerto, por lo que se requiere un método de calibración más complejo para corregir los resultados.

Figura 3. Red de dos puertos con error equivalente

La calibración de errores más clásica para sistemas de dos puertos es TOSM (Through, Open, Short, Match), también conocida como SOLT (L, Load). La calibración TOSM es adecuada para un modelo de error de 12 términos, y tras la simplificación se obtienen finalmente 10 errores. La calibración TOSM proporciona exactamente 10 ecuaciones, lo que permite determinar de forma unívoca la solución al término de error.

A continuación, se toma como ejemplo la prueba de red de doble puerto para observar las posibles rutas de señal: existen cinco rutas posibles, de la 1 a la 5. La ruta 5 corresponde a la diafonía del puerto o dispositivo de prueba. Para simplificar, este término no se incluye en la fórmula siguiente, ya que se considera que los puertos están idealmente aislados.

Se puede observar en el diagrama de flujo de señales que el coeficiente de transmisión directa de la prueba S21Cuando , el error proviene principalmente de la respuesta en frecuencia de transmisión del propio dispositivo de prueba, reflexiones múltiples de la superficie de referencia de prueba, etc. El error mapeado a la red de dos puertos se muestra en la Figura 5. Combinado con el diagrama de flujo de señal correspondiente en la Figura 4, se puede derivar S21Expresión entre el valor medido y el término de error.

Figura 4. Red de dos puertos: rutas de señal presentes durante la prueba directa.

Figura 5. Trayectorias de la señal y términos de error correspondientes durante las pruebas de avance y retroceso.

前向测试将会涉及到R、D、S、T(seguimiento de transmisión)、L(coincidencia de carga)五项误差，S11 Y S21La expresión del valor medido es la siguiente:

Las pruebas retrospectivas implicarán R',D'、 S'Yo'、El' (Coincidencia de carga) 五项误差，S12 Y S22La expresión del valor medido es la siguiente:

Tras la calibración del TOSM, se pueden obtener estos 10 errores y, a continuación, sustituirlos en la ecuación anterior para calcular los cuatro parámetros S reales.

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