Décryptage du Modèle d'Erreur à 12 Termes et de la Méthode SOLT pour la Calibration des VNAs

 Comprendre le Modèle d'Erreur à 12 Termes et la Méthode de Calibration SOLT pour les Mesures VNA

La calibration utilisateur joue un rôle fondamental dans la minimisation des erreurs systématiques d'un analyseur de réseau vectoriel (VNA), permettant ainsi une performance de mesure globale bien supérieure à celle du matériel brut.

Cet article va nous initier au modèle d'erreur à 12 termes, qui est l'un des modèles les plus couramment utilisés dans les algorithmes de correction d'erreur des VNA commerciaux. La dernière partie de l'article introduira également la technique de calibration SOLT, une méthode de correction d'erreur tout aussi répandue basée sur le modèle d'erreur à 12 termes.

Utilisation des Graphe de Flux de Signal pour Développer un Modèle d'Erreur

En examinant le schéma bloc générique d'un VNA, nous pouvons développer un modèle d'erreur pour le système de mesure. Considérons le schéma de mesure dans la Figure 1, qui est utilisé pour mesurer les coefficients de réflexion d'entrée (S11) et de transmission avant (S21) du DUT.

La Figure 2 montre comment nous pouvons utiliser les concepts de graphe de flux de signal pour modéliser ce système.

Jetons un coup d'œil plus attentif à ce graphique assez élaboré. Au centre se trouve le DUT, qui est modélisé par ses paramètres S.

Aux entrées et sorties du DUT, nous observons des réseaux qui modélisent les câbles et les connecteurs de la configuration de test. Contrairement aux modèles idéaux simplifiés, ce graphique ne suppose pas que les câbles sont sans perte et présentent une correspondance parfaite. LC et MC représentent respectivement la perte et la correspondance des interconnexions. Le modèle prend également en compte la directivité limitée des coupleurs directionnels dans le VNA. Ces effets sont représentés par les deux chemins magenta dans le graphe de flux de signal.

À partir de la Figure 1, il est facile de voir que la source de signal RF ne devrait pas se coupler directement à l'entrée du récepteur de mesure (b0). Cependant, avec du matériel réel, ce couplage indésirable est inévitable. Dans le graphe de flux, la branche magenta avec le coefficient LS-b0 montre un couplage direct entre la source de signal (indiquée par S) et le récepteur b0.

De même, le schéma bloc de la Figure 1 montre que le signal réfléchi depuis l'entrée du DUT (b1) ne devrait pas apparaître à l'entrée du récepteur a0. Encore une fois, en raison de la directivité finie des coupleurs du monde réel, ce couplage indésirable est inévitable. Ce chemin de fuite est pris en compte par la branche magenta avec l'étiquette L1-a0 dans le graphe de flux de signal de la Figure 2.

La Figure 2 offre une vue d'ensemble des termes d'erreur du système. En plus de prendre en compte les termes d'erreur de perte, de correspondance et de fuite, il couvre également certains termes qui reflètent la non-linéarité des récepteurs et les effets de bruit. Cependant, un schéma de calibration basé sur ce modèle nécessiterait la mesure de nombreuses charges connues pour déterminer les termes d'erreur. La plupart des VNAs optent pour des modèles plus simples qui peuvent encore minimiser les erreurs systématiques. Le modèle d'erreur à 12 termes, étant à la fois simple et efficace, est un choix courant.

Le Modèle d'Erreur à 12 Termes

Le modèle d'erreur à 12 termes se compose de deux sous-modèles : l'un pour les mesures dans la direction avant (mesure des paramètres S11 et S21) et l'autre pour les mesures dans la direction inverse (paramètres S22 et S12). La Figure 3 montre le sous-modèle pour la direction avant.

Il y a sept termes d'erreur dans le modèle ci-dessus. Cependant, tous ne sont pas indépendants - si nous écrivons les équations pour les paramètres S mesurés, nous constatons que les termes e10, e01 et e32 n'apparaissent nulle part seuls. Au lieu de cela, e01 et e32 forment chacun un terme composite avec e10. Cela réduit efficacement le nombre d'inconnues dans le modèle ci-dessus de sept termes à six.

Le sous-modèle utilisé pour les mesures dans la direction inverse est le reflet de ce qui précède. Il comprend six autres termes (e'33, e'30, e'22, e'11, e'23e'32 et e'23e'01) avec des valeurs différentes, nous donnant un total de 12 termes d'erreur pour le modèle dans son ensemble.

L'une des raisons pour lesquelles le modèle d'erreur à 12 termes pour les mesures de paramètres S est préféré dans l'industrie est que ses termes d'erreur peuvent être liés aux sources d'erreur physiques et compréhensibles