벡터 네트워크 분석기의 오류 모델 및 교정에 대한 간략한 분석

최근 업계 동료와 벡터 네트워크 분석기의 오차 모델 및 교정 과정에 대해 논의했습니다. 그 내용을 간략하게 정리하여 여러분과 공유하고자 합니다. 함께 토론해 보는 것도 좋겠습니다.

Yanet의 오차 모델은 이해하기 쉽지 않습니다. 일반적으로 Yanet 개발자나 테스트 기술 전문가만이 이를 심층적으로 연구합니다. Yanet을 사용하여 테스트하기 전에 시스템 오차 보정이 필요합니다. 이는 테스트 장비 자체에서 발생하는 오차항을 수정하여 DUT의 실제 S 파라미터를 얻기 위한 것입니다.

시스템 오차 교정은 단일 포트 시스템 오차 교정과 이중 포트 시스템 오차 교정으로 나눌 수 있다. 전자는 주로 단일 포트 소자의 반사 계수 및 그로부터 파생된 파라미터를 검사하는 데 사용되고, 후자는 주로 이중 포트 소자의 전체 S-파라미터 및 그로부터 파생된 파라미터를 검사하는 데 사용된다.

단일 포트 시스템 오류 보정에는 OSM(개방/단락/정합, 때로는 OSL - 개방/단락/부하라고도 함) 및 정규화 보정이 포함됩니다. OSM 보정은 완전한 단일 포트 보정으로, 포괄적인 단일 포트 테스트에 관련된 오류 항을 모두 보정할 수 있으므로 단일 포트 장치 테스트 시 가장 높은 정확도를 제공합니다! 반사 정규화 보정은 매우 빠르지만, 개방 또는 단락이라는 단일 보정 요소만 사용하기 때문에 반사 추적의 오류 항 중 하나만 해결할 수 있어 정확도가 제한적입니다.

그림 1은 반사계의 등가 개략도입니다. 반사 계수를 측정할 수 있는 이유는 반사계에 방향성 요소, 즉 방향성 커플러(대부분의 저주파 벡터 네트워크는 VSWR 브리지를 사용함)가 포함되어 있어 입사파와 반사파를 분리하기 때문입니다.

그림 1. 반사계의 간략한 개략도

반사 테스트의 기본 과정은 다음과 같습니다. 여기 소스(Source)에서 신호 a1이 제공되고, 대부분의 벡터 네트워크 포트는 커플러를 통과한 후 DUT로 출력됩니다. DUT에서 반사된 신호는 측정 수신기(Meas)에 도달합니다. 또한, 커플러는 이상적인 절연체가 아니므로 절연 성능에 한계가 있어 여기 신호 a1의 일부가 커플러의 절연 채널을 통해 Meas 수신기로 직접 입력되는 현상이 발생합니다.

즉, Meas. 수신기가 수신하는 신호 b3는 실제로 세 부분으로 구성됩니다. DUT에서 직접 반사된 신호, 테스트 기준면에서의 다중 반사 신호, 그리고 커플러 절연 채널을 통해 직접 누출된 신호입니다.

공식을 나열하기 전에 그림에 나타난 식별 매개변수를 간략하게 소개하겠습니다. 커플러 자체는 4개의 포트를 가지고 있지만, 모델에서는 커플러의 일부 매개변수만 고려하므로 여기서는 3포트 장치로 간주하며, 각 포트는 port1, port2, port3으로 표시됩니다.21여기서 S는 커플러의 통과 투과 계수를 나타냅니다.31여기서 S는 누설 채널의 투과 계수를 나타냅니다.32이는 결합 채널의 전송 계수를 나타냅니다.

이해를 쉽게 하기 위해 먼저 아래와 같이 위의 신호 흐름도를 그려볼 수 있습니다: (ΓDUT는 DUT의 실제 반사 계수입니다.

그림 2. 단일 포트 테스트 중 신호 흐름도

b는 신호 흐름도에서 직접 얻을 수 있습니다.3표현:

간소화 후, 측정된 반사 계수 값은 다음과 같습니다.

위 공식에서 알 수 있듯이 반사 계수 측정에는 네 가지 오차항(S, S, S)이 포함되어 있습니다.21,에스32,에스31일반적으로 (S라고 불립니다.)21· S32) 为反射跟踪R(효과적 추적),称S31/(에스21· S32)는 지향성(directivity)을 나타내며, D(지향성)로 약칭하고, S는 음원 포트 반사 계수라고 합니다.

단순화하면 단일 포트 테스트에는 실제로 R, D, S 세 가지 오차항이 존재합니다. 교정 과정에서는 개방, 단락, 정합의 세 가지 표준 부품이 각각 사용됩니다. 각 표준 부품은 세 가지 오차항을 고유하게 계산할 수 있는 방정식을 도출하여 측정 결과를 보정합니다.

2포트 테스트의 경우로 확장을 용이하게 하기 위해, 4개의 S 파라미터를 포함하는 등가 2포트 네트워크인 오차 2포트 네트워크가 도입되었습니다.나는 jR, D, S와의 대응 관계는 다음과 같습니다: R=e01· 전자10,D= 전자00/R，S= 전자11.

벡터 네트워크의 각 포트는 이와 동일한 오차를 갖는 2포트 네트워크를 얻을 수 있습니다. 2포트 테스트에 수반되는 오차는 1포트 테스트에 수반되는 오차보다 훨씬 크기 때문에 테스트 결과를 보정하기 위해서는 더욱 복잡한 교정 방법이 필요합니다.

그림 3. 등가 오차 2포트 네트워크

가장 대표적인 2포트 시스템 오차 보정 방법은 TOSM(Through, Open, Short, Match)이며, SOLT(L, Load)라고도 합니다. TOSM 보정은 12항 오차 모델에 적합하며, 단순화를 통해 최종적으로 10개의 오차항만 얻을 수 있습니다. TOSM 보정은 정확히 10개의 방정식을 제공하므로, 각 오차항에 대한 해를 고유하게 결정할 수 있습니다.

다음은 듀얼 포트 네트워크 포워드 테스트를 예로 들어 가능한 신호 경로를 살펴보겠습니다. 총 1부터 5까지 5개의 가능한 신호 경로가 있습니다. 이 중 신호 경로 5는 포트 또는 테스트 픽스처의 누화 경로입니다. 편의상 다음 공식에서는 이 항을 제외합니다. 즉, 포트들이 이상적으로 절연되어 있다고 가정합니다.

신호 흐름도에서 알 수 있듯이 테스트 순방향 전송 계수 S는 다음과 같습니다.21이때 오차는 주로 테스트 장치 자체의 전송 주파수 응답, 테스트 기준면에서의 다중 반사 등에서 발생합니다. 2포트 네트워크에 매핑된 오차는 그림 5에 나타나 있습니다. 그림 4의 해당 신호 흐름도와 함께 고려하면 S를 도출할 수 있습니다.21측정값과 오차항 사이의 관계식.

그림 4. 2포트 네트워크: 순방향 테스트 중 나타나는 신호 경로

그림 5. 순방향 및 역방향 테스트 중 신호 경로 및 해당 오차항

前向测试将会涉及到R、D、S、T(전송 추적)、L(로드 매치)五项误差，S11 와에스21측정값의 표현은 다음과 같습니다.

백테스팅에는 R이 사용됩니다.',디',에스',티',엘' (로드 매치) 五项误差，S12 와에스22측정값의 표현은 다음과 같습니다.

TOSM 보정 후, 이 10개의 오차를 얻을 수 있으며, 이를 위의 방정식에 대입하여 실제 4개의 S 파라미터를 계산할 수 있습니다.

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