Analyse succincte du modèle d'erreur et de l'étalonnage de l'analyseur de réseau vectoriel

J'ai récemment discuté avec un collègue du modèle d'erreur et du processus d'étalonnage des analyseurs de réseaux vectoriels. J'en ai fait une synthèse et je la partage avec vous. N'hésitez pas à en discuter.

Le modèle d'erreur de Yanet est en effet complexe. Généralement, seuls les développeurs de Yanet ou les spécialistes des technologies de test l'étudient en profondeur. Avant d'utiliser Yanet pour des tests, un étalonnage des erreurs système est nécessaire. L'objectif est de corriger l'erreur introduite par le dispositif testé lui-même et d'obtenir les paramètres S réels du dispositif sous test (DUT).

L'étalonnage des erreurs système se divise en deux catégories : l'étalonnage à un port et l'étalonnage à deux ports. Le premier sert principalement à tester le coefficient de réflexion et ses paramètres dérivés pour les dispositifs à un seul port, tandis que le second sert principalement à tester l'ensemble des paramètres S et leurs paramètres dérivés pour les dispositifs à deux ports.

L'étalonnage des erreurs des systèmes à port unique comprend l'OSM (circuit ouvert/court-circuit/correspondance, parfois appelé OSL - circuit ouvert/court-circuit/charge) et l'étalonnage normalisé. L'étalonnage OSM est un étalonnage complet à port unique, capable de corriger les erreurs inhérentes aux tests exhaustifs de ce type de système. Il offre ainsi la plus grande précision lors du test de dispositifs à port unique. L'étalonnage par normalisation de la réflexion est très rapide, mais l'utilisation d'un seul composant d'étalonnage (circuit ouvert ou court-circuit) ne permet de corriger qu'une seule erreur de suivi de la réflexion, ce qui limite sa précision.

La figure 1 est un schéma équivalent d'un réflectomètre. La mesure du coefficient de réflexion est possible grâce à la présence d'un élément directionnel – un coupleur directionnel (la plupart des réseaux vectoriels basse fréquence utilisent un pont ROS) – qui assure la séparation des ondes incidentes et réfléchies.

Figure 1. Schéma simplifié d'un réflectomètre

Le principe de base du test de réflexion est le suivant : la source d’excitation (Source) fournit le signal a1, et la plupart des ports du réseau vectoriel sont acheminés vers le dispositif testé (DUT) après passage à travers le coupleur ; le signal réfléchi par le DUT atteint le récepteur de mesure (Meas). Cependant, le coupleur n’étant pas idéal, son isolation est limitée, ce qui entraîne l’injection directe d’une partie du signal d’excitation a1 dans le récepteur de mesure (Meas) via le canal d’isolation du coupleur.

En d'autres termes, le signal b3 reçu par le récepteur de mesure contient en réalité trois parties : le signal directement réfléchi par le DUT, le signal de réflexion multiple sur la surface de référence de test et le signal directement divulgué à travers le canal d'isolation du coupleur.

Avant d'énumérer les formules, présentons brièvement les paramètres d'identification de la figure : le coupleur possède 4 ports, mais étant donné que le modèle ne prend en compte que certains paramètres du coupleur, il est ici équivalent à un dispositif à 3 ports, ces ports étant port1, port2 et port3.21désigne le coefficient de transmission du coupleur, S31fait référence au coefficient de transmission du canal de fuite, S32fait référence au coefficient de transmission du canal de couplage.

Par souci de simplicité, vous pouvez commencer par dessiner le diagramme de flux de signaux ci-dessus, comme indiqué ci-dessous : (ΓDUTest le coefficient de réflexion réel du dispositif testé).

Figure 2. Diagramme de flux du signal lors du test à port unique

b peut être obtenu directement à partir du diagramme de flux de signaux3L'expression de :

Après simplification, les valeurs mesurées du coefficient de réflexion sont les suivantes :

Il ressort de la formule ci-dessus que la mesure du coefficient de réflexion comporte quatre termes d'erreur : S21，S32，S31,S. Généralement appelé (S21·S32) 为反射跟踪R (suivi efficace)，称S31/(S21·S32) est la directivité, abrégée en D (directivité), et S est appelé coefficient de réflexion du port source.

Après simplification, les tests à un seul port comportent en réalité trois termes d'erreur : R, D et S. Lors de l'étalonnage, trois composants étalons (circuit ouvert, court-circuit et correspondance) sont utilisés. Chaque composant étalon est associé à une équation permettant de résoudre de manière unique les trois termes d'erreur et de corriger ainsi les résultats de mesure.

Afin de faciliter l'extension au cas des tests à deux ports, un réseau d'erreur à deux ports est introduit, qui est un réseau équivalent à deux ports contenant quatre paramètres S eje, j, la relation correspondante avec R, D, S est : R=e01· e10，D = e00/R，S= e11.

Chaque port du réseau vectoriel peut présenter une erreur équivalente à celle d'un réseau à deux ports. Les erreurs inhérentes aux tests à deux ports étant bien supérieures à celles des tests à un seul port, une méthode d'étalonnage plus complexe est nécessaire pour corriger les résultats.

Figure 3. Réseau à deux ports d'erreur équivalente

L'étalonnage d'erreur le plus classique pour un système à deux ports est le TOSM (Through, Open, Short, Match), parfois appelé SOLT (L, Load). L'étalonnage TOSM convient à un modèle d'erreur à 12 termes, et après simplification, on obtient finalement 10 erreurs. L'étalonnage TOSM fournit exactement 10 équations, ce qui permet de déterminer de manière unique la solution du terme d'erreur.

L'exemple suivant, basé sur un test de transmission réseau à deux ports, permet d'observer les chemins de signal possibles : il en existe cinq, numérotés de 1 à 5. Le chemin 5 correspond à la diaphonie du port ou du dispositif de test. Par souci de simplification, ce terme n'est pas inclus dans la formule suivante, car les ports sont considérés comme parfaitement isolés.

Le diagramme de flux du signal montre que le coefficient de transmission directe du test S21Lorsque , l'erreur provient principalement de la réponse en fréquence de transmission du dispositif testé lui-même, des réflexions multiples sur la surface de référence de test, etc. L'erreur reportée sur le réseau à deux ports est illustrée à la figure 5. En la combinant avec le diagramme de flux de signal correspondant de la figure 4, on peut en déduire S.21Expression entre la valeur mesurée et le terme d'erreur.

Figure 4. Réseau à deux ports : chemins de signal présents lors des tests directs

Figure 5. Chemins des signaux et termes d'erreur correspondants lors des tests directs et inverses

R、D、S、T (suivi de transmission)、L (correspondance de charge)，S11 和S21L'expression de la valeur mesurée est la suivante :

Les tests de validation croisée impliqueront R»,D»、 S», T»、L» (Charger la correspondance) 五项误差，S12 和S22L'expression de la valeur mesurée est la suivante :

Après l'étalonnage TOSM, ces 10 erreurs peuvent être obtenues, puis substituées dans l'équation ci-dessus pour calculer les quatre paramètres S réels.

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