Breve analisi del modello di errore e calibrazione dell'analizzatore di rete vettoriale

Di recente, ho discusso con un collega del settore il modello di errore e il processo di calibrazione degli analizzatori di rete vettoriali. Ho riassunto brevemente l'argomento e l'ho condiviso con tutti. Vi invito a discuterne insieme.

The error model of Yanet is indeed not easy to understand. Generally, only those who develop Yanet or specialize in testing technology will delve into it in depth. Before using Yanet to test, system error calibration is required. The purpose is to correct the error term introduced by the test device itself and obtain the true S parameters of the DUT.

System error calibration can be divided into single-port and dual-port system error calibration. The former is mainly used to test the reflection coefficient and its derived parameters of single-port devices, while the latter is mainly used to test the full S-parameters and its derived parameters of dual-port devices.

La calibrazione degli errori di sistema a porta singola include la calibrazione OSM (Open/Short/Correzione, a volte chiamata OSL - Open/Short/Carico) e la calibrazione normalizzata. La calibrazione OSM è una calibrazione completa a porta singola, in grado di correggere i termini di errore coinvolti nei test completi a porta singola, garantendo così la massima precisione nel collaudo di dispositivi a porta singola! La calibrazione con normalizzazione della riflessione è molto veloce, ma utilizzando un solo componente di calibrazione, Open o Short, è possibile risolvere solo un termine di errore del tracciamento della riflessione, limitandone quindi la precisione.

La Figura 1 mostra uno schema equivalente di un riflettometro. Il motivo per cui è possibile misurare il coefficiente di riflessione è che esso contiene un elemento direzionale, un accoppiatore direzionale (la maggior parte delle reti vettoriali a bassa frequenza utilizza un ponte VSWR), che permette la separazione delle onde incidenti da quelle riflesse.

Figure 1. Brief schematic diagram of reflectometer

Il processo di base del test di riflessione è il seguente: la sorgente di eccitazione Source fornisce il segnale a1 e la maggior parte delle porte della rete vettoriale vengono inviate al DUT dopo essere passate attraverso l'accoppiatore; il segnale riflesso dal DUT raggiunge il ricevitore di misura Meas. Inoltre, poiché l'accoppiatore non è ideale, anche il suo isolamento è limitato, il che fa sì che parte del segnale di eccitazione a1 venga inviata direttamente al ricevitore Meas attraverso il canale di isolamento dell'accoppiatore.

In altre parole, il segnale b3 ricevuto dal ricevitore di misura contiene in realtà tre parti: il segnale riflesso direttamente dal DUT, il segnale di riflessione multipla sulla superficie di riferimento di prova e il segnale che fuoriesce direttamente attraverso il canale di isolamento dell'accoppiatore.

Prima di elencare le formule, introduciamo brevemente i parametri di identificazione nella figura: l'accoppiatore stesso ha 4 porte, ma considerando che il modello coinvolge solo alcuni parametri dell'accoppiatore, è equivalente a un dispositivo a 3 porte qui, e le porte sono port1, port2 e port3. S21si riferisce al coefficiente di trasmissione passante dell'accoppiatore, S31refers to the transmission coefficient of the leakage channel, S32refers to the transmission coefficient of the coupling channel.

Per semplicità, è possibile disegnare prima il diagramma di flusso del segnale sopra, come mostrato di seguito: (ΓDUTis the real reflection coefficient of the DUT).

Figura 2. Diagramma di flusso del segnale durante il test a porta singola.

b può essere ottenuto direttamente dal diagramma di flusso del segnale3The expression of :

After simplification, the measured values ​​of the reflection coefficient are as follows:

Come si può vedere dalla formula sopra riportata, la misurazione del coefficiente di riflessione contiene quattro termini di errore: S21,S32,S31,S. Generally called (S21· S32) 为反射跟踪R(tracciamento efficace) ，称S31/(S21· S32) è la direttività, abbreviata come D (direttività), e S è chiamato coefficiente di riflessione della porta sorgente.

Dopo la semplificazione, nel test a porta singola sono presenti tre termini di errore: R, D e S. Durante la calibrazione, vengono utilizzati tre componenti standard: aperto, in cortocircuito e corrispondente. Per ciascun componente standard si ottiene un'equazione che permette di risolvere univocamente i tre termini di errore e quindi di correggere i risultati della misurazione.

Per facilitare l'espansione al caso di test a due porte, viene introdotta una rete a due porte di errore, che è una rete a due porte equivalente contenente quattro parametri S ei, j, the corresponding relationship with R, D, S is: R=e01· e10，D=e00/R,S= e11.

Ciascuna porta della rete vettoriale può ottenere un errore equivalente in una rete a due porte. Gli errori coinvolti nei test a doppia porta sono molto maggiori di quelli nei test a porta singola, quindi è necessario un metodo di calibrazione più complesso per correggere i risultati del test.

Figure 3. Equivalent error two-port network

La calibrazione degli errori più classica per i sistemi a due porte è TOSM (Through, Open, Short, Match), talvolta chiamata anche SOLT (L, Load). La calibrazione TOSM è adatta a un modello di errore a 12 termini e, dopo la semplificazione, si ottengono in definitiva 10 errori. La calibrazione TOSM può fornire esattamente 10 equazioni, quindi la soluzione per il termine di errore può essere determinata in modo univoco.

The following takes the dual-port network forward test as an example to observe the possible signal paths: there are five possible signal paths from 1 to 5 in total. Among them, signal path 5 is the crosstalk of the port or test fixture. For simplicity, this term is not included in the following formula, that is, the ports are considered to be ideally isolated.

Dal diagramma di flusso del segnale si può vedere che il coefficiente di trasmissione in avanti del test S21When , the error mainly comes from the transmission frequency response of the test device itself, multiple reflections from the test reference surface, etc. The error mapped to the two-port network is shown in Figure 5. Combined with the corresponding signal flow diagram in Figure 4, S can be derived21Expression between the measured value and the error term.

Figura 4. Rete a due porte: percorsi del segnale presenti durante il test diretto

Figure 5. Signal paths and corresponding error terms during forward and reverse testing

前向测试将会涉及到R、D、S、T(tracciamento della trasmissione)、L(corrispondenza del carico)五项误差,S11 e S21L'espressione del valore misurato è la seguente:

Il backtesting coinvolgerà R',D',S',T'L' (Carica partita) 五项误差,S12 e S22L'espressione del valore misurato è la seguente:

Dopo la calibrazione del TOSM, è possibile ottenere questi 10 errori, che possono poi essere sostituiti nell'equazione precedente per calcolare i quattro parametri S reali.

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