RU2753828C1 - Способ калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей - Google Patents

Способ калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей Download PDF

Info

Publication number
RU2753828C1
RU2753828C1 RU2020131557A RU2020131557A RU2753828C1 RU 2753828 C1 RU2753828 C1 RU 2753828C1 RU 2020131557 A RU2020131557 A RU 2020131557A RU 2020131557 A RU2020131557 A RU 2020131557A RU 2753828 C1 RU2753828 C1 RU 2753828C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
loads
values
parameters
reflection coefficients
mvs
Prior art date
Application number
RU2020131557A
Other languages
English (en)
Inventor
Антон Сергеевич Левченко
Константин Станиславович Коротков
Аким Алексеевич Бабенко
Даниил Русланович Фролов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Priority to RU2020131557A priority Critical patent/RU2753828C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2753828C1 publication Critical patent/RU2753828C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/28Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для калибровки измерителей комплексных коэффициентов передачи и отражения устройств - векторных анализаторов цепей (ВАЦ). Техническим результатом является упрощение, расширение функциональных возможностей способа и увеличение точности калибровки. Технический результат достигается тем, что используют меру волнового сопротивления, а также нагрузки холостого хода и согласованную нагрузку с неизвестными значениями комплексных коэффициентов отражения, которые рассчитываются после измерений, проведенных предлагаемым способом по найденным соотношениям между измеренными параметрами. 8 ил.

Description

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для калибровки измерителей комплексных коэффициентов передачи и отражения устройств - векторных анализаторов цепей (ВАЦ).
Известен способ калибровки ВАЦ, основанный на использовании трех эталонных нагрузок: холостого хода (XX), короткого замыкания (КЗ), согласованной нагрузки (СН), называемый в литературе SOL (от англ. Short, Open, Load) (В.Г. Губа, А.А. Ладур, А.А. Савин Классификация и анализ методов калибровки векторных анализаторов цепей // Доклады ТУСУРа - №2 (24) - ч. 1 - 2011). Способ заключается в следующем. С помощью ВАЦ, порты которого требуется откалибровать, проводят измерения комплексных коэффициентов отражения трех эталонных нагрузок - КЗ, XX и СН, присоединяя их по очереди к каждому из калибруемых портов. Сравнивая измеренные комплексные коэффициенты отражения нагрузок КЗ, XX и СН с их эталонными значениями, которые известны заранее, определяют собственные S-параметры порта ВАЦ. Эту операцию проводят с каждым портом ВАЦ.
Однако данный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что сами значения комплексных коэффициентов отражения эталонных нагрузок КЗ, XX и СН необходимо измерить заранее с помощью ВАЦ более высокого класса точности, что невозможно сделать в случае необходимости откалибровать эталонный ВАЦ. Можно также рассчитать параметры эталонных нагрузок геометрически с необходимой точностью, что достижимо лишь для узкого класса нагрузок, а именно нагрузок короткого замыкания. При этом погрешности определения комплексных коэффициентов отражения эталонных нагрузок полностью входят в погрешность калибровки, в которой эти нагрузки применяются.
Известен способ калибровки ВАЦ, основанный на применении первой меры волнового сопротивления (МВС), второй МВС и рассогласованной нагрузки, называемый TRL (от англ. Thru, Reflect, Line) (Dunsmore, J. Handbook of Microwave Component Measurements // John Wiley & Sons, 2012, - p. 145,). Способ заключается в следующем. Два порта ВАЦ, которые необходимо откалибровать, сначала соединяют друг с другом с помощью первой МВС и производят измерение комплексных параметров матрицы рассеяния получившейся первой цепи. Затем первую МВС отсоединяют и два порта векторного анализатора цепей соединяют с помощью второй МВС и проводят измерения комплексных параметров матрицы рассеяния получившейся второй цепи. После этого к каждому из двух портов по очереди присоединяют рассогласованную нагрузку и измеряют ее комплексный коэффициент отражения с помощью каждого из портов ВАЦ. В результате этих измерений получают систему уравнений (Pozar, D. Microwave Engineering // John Wiley & Sons, 2005, - pp. 193-196,), решение которой позволяет определить собственные параметры обоих портов ВАЦ. В отличие от способа SOL описанный способ калибровки TRL не основан на использовании известных эталонных нагрузок.
Следует отметить, что в способе TRL комплексный коэффициент отражения рассогласованной нагрузки вычисляется в процессе калибровки и поэтому нет необходимости знать этот коэффициент заранее. Недостатком этого способа является то, что для его реализации должна быть известна электрическая длина одной из МВС, которую необходимо либо измерить на каком-то оборудовании более высокого класса точности, либо вычислить, исходя из геометрических размеров этой МВС. Точность этого способа полностью зависит как от качества изготовления МВС, так и от точности соединения измерительных трактов в процессе калибровки. Поскольку в таком способе качество изготовления МВС не может быть проконтролировано в процессе калибровки, то качество соединений измерительных трактов, выполненных оператором, нормируется на максимальный коэффициент погрешности. Этот коэффициент погрешности определяется, исходя из несовершенства способа, примененного для определения электрической длины МВС, и качества ее изготовления.
Наиболее близким аналогом заявленному способу калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей является способ аттестации собственных S-параметров устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ (патент №2482504 РФ, МПК G01R 27/28), заключающийся в том, что дважды измеряют коэффициенты отражений трех эталонных нагрузок: КЗ, XX и СН, присоединяя их один раз непосредственно к аттестуемому измерительному порту, а второй раз присоединяя каждую из них к аттестуемому измерительному порту через линию передачи калиброванной длины - МВС с расчетными модулем и фазой ее коэффициента передачи. Используя измеренные значения коэффициентов отражений трех эталонных нагрузок, присоединяемых непосредственно к аттестуемому измерительному порту и через линию калиброванной длины, а также используя эталонные значения этих нагрузок и расчетное значение коэффициента передачи МВС, получают зависимости остаточных S-параметров, характеризующих эквивалентный четырехполюсник погрешностей, постоянно присутствующий между эталонным измерительным портом и нагрузкой. Путем приведения значений этих остаточных S-параметров к значениям параметров идеально согласованного по входу и выходу четырехполюсника без потерь находят расчетные зависимости величин коэффициентов отражений эталонных нагрузок XX и СН в диапазоне частот измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. Выбирают значения коэффициентов отражений эталонных нагрузок в окрестности частот, где электрическая длина МВС кратна четверти длины волны, исключая окрестности особых точек ее кратности половине длины волны, и по выбранным значениям аппроксимируют амплитудно-частотные и фазочастотные зависимости коэффициентов отражений каждой из эталонных нагрузок XX и СН. В результате аппроксимации получают истинные величины коэффициентов отражений эталонных XX и СН, которые затем используют для вычисления истинных собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, которые используют при измерениях испытуемых четырехполюсников СВЧ.
Однако для реализации такого способа необходимо предварительно рассчитать модуль и фазу комплексного коэффициента передачи МВС.Но погрешность воспроизведения единицы волнового сопротивления МВС в виде, например, коаксиальной линии с воздушным заполнением определяется несовершенством расчетных формул и погрешностью средств измерений, с помощью которых осуществляется измерение геометрических размеров меры. К наиболее существенным неисключенным систематическим погрешностям воспроизведения единицы волнового сопротивления МВС на основе коаксиальной воздушной линии относятся погрешности, возникающие из-за неточного измерения и неравномерности значений диаметров внешнего и внутреннего проводников МВС, неопределенности значений соединительного зазора, образованного разностью длин внутреннего и внешнего проводников МВС, а также несоосностью внутреннего и внешнего проводников вдоль длины МВС. Кроме того, в указанном способе необходимо, чтобы были известны эталонные или, по крайней мере, приблизительные значения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения нагрузок XX и СН. Эти значения можно рассчитать из геометрических размеров нагрузок, однако для СН погрешность расчета фазы комплексного коэффициента отражения высока.
Еще одним недостатком указанного способа является его узкополосность, т.к. при увеличении частоты увеличивается собственное затухание в МВС, ее геометрическую длину необходимо уменьшать, но при этом уменьшается число окрестностей частот, где электрическая длина МВС кратна четверти длины волны на низких частотах. Это приводит к увеличению погрешностей аппроксимации модуля и фазы комплексных коэффициентов отражений в диапазоне частот каждой из эталонных нагрузок XX и СН, а в некоторых случаях - к невозможности провести аппроксимацию.
В способе, взятом за прототип, измеритель параметров четырехполюсников СВЧ будем называть векторным анализатором цепей. Тем самым подчеркивается, что данный способ может применяться для любого исследуемого диапазона частот, включая оптический (S. Iezekiel, В. Elamaran and R. D. Pollard, "Recent developments in lightwave network analysis," in Engineering Science and Education Journal, 2000. Dec. - vol. 9, - no. 6, - pp. 247-257,).
Техническим результатом предлагаемого способа калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей являются упрощение, расширение функциональных возможностей способа и увеличение точности калибровки.
Для достижения технического результата предлагается способ калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей (ВАЦ), заключающийся в том, что измеряют нагрузку короткого замыкания (КЗ), холостого хода (XX) и согласованную нагрузку (СН), один раз, присоединяя их непосредственно к аттестуемому измерительному порту ВАЦ, получив значения комплексных коэффициентов отражения трех эталонных нагрузок Skx, Sxx, и Ssn соответственно, а второй раз через меру волнового сопротивления (МВС), получив значения S1kz, S1xx и S1sn соответственно, используя измеренные значения комплексных коэффициентов отражения эталонных нагрузок - нагрузки КЗ с известными параметрами
Figure 00000001
и нагрузок XX и СН с неизвестными параметрами
Figure 00000002
и
Figure 00000003
, присоединенных непосредственно к аттестуемому измерительному порту и через МВС, определяют значения комплексного коэффициента передачи МВС Mvs и полных комплексных коэффициентов отражения эталонных нагрузок XX Мхх и СН Msn в окрестностях частот, где электрическая длина МВС кратна четверти длины волны, решая следующую систему уравнений
Figure 00000004
Figure 00000005
где M1kz, M1xx, M1sn определены соотношениями:
Figure 00000006
по вычисленным значениям комплексных коэффициентов отражения для нагрузок XX и СН Мхх и Msn в указанных окрестностях частот, в которых длина МВС кратна четверти длины волны, аппроксимируют модуль и фазу комплексных коэффициентов отражения каждой из эталонных нагрузок XX и СН
Figure 00000007
и
Figure 00000008
значения которых затем используют для вычисления собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта согласно системе уравнений:
Figure 00000009
а затем используют для вычисления случайной и неисключенной систематических погрешностей определения собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта в диапазоне частот калибровки, которые используют при вычислении погрешностей измерений испытуемых с помощью ВАЦ устройств.
Существенным отличием заявляемого способа от прототипа является то, что для проведения калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей можно использовать МВС, а также нагрузки XX и СН с неизвестными значениями комплексных коэффициентов отражения, которые рассчитываются после измерений, проведенных предлагаемых способом по найденными соотношениями между измеренными параметрами.
На фиг. 1 изображены ВАЦ, МВС, эталонные нагрузки КЗ, XX и СН, с помощью которых может быть реализован предлагаемый способ калибровки. На фиг. 2 и фиг. 3 показаны ориентированные графы присоединения аттестуемого измерительного порта к эталонным нагрузкам непосредственно и через МВС соответственно. На фиг. 4 показан пример вычисленных частотных зависимостей модуля AMxx - а) и фазы ϕMxx - б) комплексного коэффициента отражения нагрузки XX; модуля AMsn - в) и фазы ϕMsn - г) комплексного коэффициента отражения нагрузки СН. На фиг. 5 показан пример вычисленных модуля AMvs - а) и фазы ϕMvs - б) комплексного коэффициента передачи МВС. Пример результатов аппроксимации Mxx и Msn показан на фиг. 6 в виде зависимостей
Figure 00000010
- а), б) и
Figure 00000011
- в), г) соответственно. На фиг. 7 показан пример вычисленных собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта. На фиг. 8 показан пример вычисленных параметров Sk - остаточных S-параметров аттестуемого измерительного порта.
Рассмотрим, как осуществляется предлагаемый способ калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей векторного анализатора цепей.
Общий принцип работы и структурная схема ВАЦ известны и описаны (Хибель М. Основы векторного анализа цепей. - М.: Издательский дом МЭИ, - 2009. - c.26).
Калибровку выполняют следующим образом.
Дважды измеряют комплексные коэффициенты отражения трех эталонных нагрузок - КЗ, XX и СН, присоединяя их один раз непосредственно к аттестуемому измерительному порту, как на фиг. 1 а), во второй раз присоединяя каждую из них к аттестуемому измерительному порту через МВС, как на фиг. 1 б).
Таким образом, для каждого из шести измерений, согласно формуле для входного сопротивления двухполюсника (Pozar, D. Microwave Engineering // John Wiley & Sons, p. 192, 2005) получают системы уравнений (1) и (2):
Figure 00000012
Figure 00000013
где: S11, S21S12, S22 - собственные S-параметры аттестуемого измерительного порта; Skz, Sxx, Ssn - измеренные комплексные коэффициенты отражения от эталонных нагрузок КЗ, XX и СН соответственно, подключенных непосредственно к аттестуемому измерительному порту;
Figure 00000014
,
Figure 00000015
и
Figure 00000016
- значения комплексных коэффициентов отражения эталонных нагрузок КЗ, XX и СН соответственно; S1kz, S1xx и S1sn - измеренные комплексные коэффициенты отражения эталонных нагрузок КЗ, XX и СН соответственно, подключенных к аттестуемому измерительному порту через МВС;
Figure 00000017
,
Figure 00000018
и
Figure 00000019
- значения комплексных коэффициентов отражения МВС с последовательно присоединенными нагрузками КЗ, XX и СН соответственно.
Для значений
Figure 00000020
,
Figure 00000021
и
Figure 00000022
комплексных коэффициентов отражения МВС с последовательно присоединенными нагрузками КЗ, XX и СН согласно ориентированному графу на фиг. 3 записывают:
Figure 00000023
где
Figure 00000024
Figure 00000025
и
Figure 00000026
- Sм -параметры МВС, рассматриваемой в виде четырехполюсника.
Значения Skx, Sxx, Ssn и S1kz, S1xx, S1sn определяют непосредственно в результате первой (без МВС) и второй (с МВС) серий измерений.
Значения S11, S21S12, S22,
Figure 00000027
,
Figure 00000028
,
Figure 00000029
,
Figure 00000030
,
Figure 00000031
являются неизвестными. Таким образом, совместная система уравнений (1) и (2) с учетом (3) состоит из шести уравнений при восьми неизвестных.
Вместо обозначения
Figure 00000032
вводят обозначение Mkz, показав тем самым, что значение Mkz является расчетной величиной, полученной с определенной погрешностью.
Минимальное влияние коэффициентов отражения
Figure 00000033
и
Figure 00000034
на измеренные величины в левой части системы уравнений (3) наблюдают, когда длина МВС обеспечивает разность фаз между отраженными навстречу друг другу от ее соединителей волн в 180° и они, противофазно складываясь, компенсируют друг друга, что выполняется только для определенных частот. Эти частоты являются опорными для дальнейших расчетов. Поэтому точки различных зависимостей, соответствующих этим частотам, также будем называть опорными.
Компенсация параметров
Figure 00000035
и
Figure 00000036
математически эквивалентна равенству этих параметров нулю. Для опорных точек принимают
Figure 00000037
, и заменяют
Figure 00000038
Figure 00000039
и
Figure 00000040
на M1kz, M1xx M1sn соответственно, а
Figure 00000041
,
Figure 00000042
и
Figure 00000043
на Mkz, Мхх и Msn соответственно. При этом вместо (3) получают (4), а вместо (1) и (2) записывают (5):
Figure 00000044
Figure 00000045
Использование новых обозначений «М» необходимо для указания на то, что формулы, в которые они входят, справедливы только для окрестностей опорных точек. Учитывая введенные обозначения, получают систему (5) из шести уравнений с шестью неизвестными Мхх, Msn, Mvs, S11, S21S12, S22.
Из трех первых уравнений системы (5) выражают собственные S-параметры аттестуемого измерительного порта:
Figure 00000046
Из трех последних уравнений системы (5) выражают M1 значения комплексных коэффициентов отражения нагрузок, подключенных совместно с МВС:
Figure 00000047
Подставив в систему уравнений (7) выражения для собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта из системы уравнений (6) получают систему уравнений (8).
Figure 00000048
В общем случае, при известных во всем диапазоне частот калибровки коэффициентах Mvs и
Figure 00000049
,
Figure 00000050
, правые и левые части уравнений (4) во всем диапазоне частот отличаются на величину остаточных S-параметров аттестуемого измерительного порта - Sk-параметров:
Figure 00000051
Sk -параметры - это параметры, отличающиеся от S-параметров идеально согласованного по входу и выходу четырехполюсника без потерь, у которого в общем виде S11 и S22 равны нулю и произведение S21S12 равно единице, на величину, включающую:
1) неисключенные систематические погрешности рассогласований, возникающих в разъемных соединителях нагрузок, МВС и калибруемого измерительного порта.
2) отличие истинного значения комплексных коэффициентов отражения эталонных нагрузок XX и СН от значения, найденного в результате калибровки
3) отличие истинного комплексного коэффициента передачи МВС от значения, найденного в результате калибровки
При выводе системы (9) без ограничения общности предполагают (Dunsmore, J. Handbook of Microwave Component Measurements // John Wiley & Sons, p. 179, 2012), что четырехполюсник остаточных параметров Sk находится при измерениях между аттестуемым измерительным портом и испытуемым устройством. Из системы (9) выражают остаточные S-параметры:
Figure 00000052
В опорных частотных точках значения Sk11 и Sk22 стремятся к нулю, а произведение Sk21Sk12 - к единице:
Figure 00000053
Применяя соотношения (11) к системе уравнений (10) и учитывая требование к отличию от нуля знаменателя, получают:
Figure 00000054
Заменив в (12) M1 выражениями из системы уравнений (8), получают систему (12) всего с двумя неизвестными Мхх и Msn. Аналитически решают систему уравнений (12) относительно Мхх и Msn и получают 12 корней. Каждому корню соответствует значение Mvs согласно (13), а также значения остаточных S-параметров порта Sk согласно системе уравнений (10). Из этого набора корней только один корень является верным, который однозначно определяют, исходя из соответствия найденных величин физическому смыслу.
В результате аналитического решения системы (12) относительно Mxx и Ssn, получают частотные зависимости модуля коэффициента отражения AMxx, как на фиг. 4 а), и фазы ϕ-Mxx, как на фиг. 4 б); модуля AMsn, как на фиг. 4 в), и фазы ϕMsn, как на фиг. 4 г).
Подставляя найденные Мхх и Msn в формулу (13) находят модуль AMvs, как на фиг. 5 а), и фазу ϕMvs, как на фиг. 5 б), комплексного коэффициента передачи МВС.
По значениям фазы ϕMvs=±180° комплексного коэффициента передачи МВС находят частоты, соответствующие опорным точкам.
По значениям функций Мхх и Msn в окрестностях опорных точек вычисляют аппроксимирующие функции -
Figure 00000055
и
Figure 00000056
во всем диапазоне частот калибровки, пример которых приведен на фиг. 6.
Затем вычисленные значения
Figure 00000057
и
Figure 00000058
подставляют в систему уравнений (1), в результате чего определяют искомые собственные S-параметры аттестуемого измерительного порта, как, например, на фиг. 7, где на фиг. 7 а), в) и д) показаны модули, а на фиг. 7 б), г) и е) - фазы собственных параметров аттестуемого измерительного порта,
По найденным в процессе аттестации собственным S-параметрам аттестуемого измерительного порта, определяют действительные значения - Ги - коэффициента отражения испытуемого векторным анализатором цепей устройства (Pozar, D. Microwave Engineering // John Wiley & Sons, p. 192, 2005):
Figure 00000059
где Ги - измеренное значение комплексного коэффициента отражения, равного отношению а0 - измеряемого падающего сигнала к b0 - измеряемому отраженному сигналу (см. фиг. 2).
Ги - истинное значение комплексного коэффициента отражения испытуемого четырехполюсника; S11 - направленность, S22 - рассогласование источника сигнала, S21S12 - неравномерность трактов подаваемого и отраженного сигналов (В.Г. Губа, А.А. Ладур, А.А. Савин Классификация и анализ методов калибровки векторных анализаторов цепей // Доклады ТУСУРа - №2 (24) - ч. 1-2011).
В соответствии с ГОСТ 8-381 предполагается, что систематическая погрешность, к которой относятся собственные S-параметры порта, при измерениях предварительно исключается.
Предлагаемый способ позволяет оценить влияние как случайной, так и неисключенной систематической погрешностей измерений на результаты калибровки.
При этом представленный алгоритм вычислений собственных S-параметров порта рассматривают как функцию известного значения комплексного коэффициента отражения нагрузки КЗ и измеренных при калибровке значений Skz, Sxx, Ssn и S1kz, S1xx, S1sn:
Figure 00000060
Случайную погрешность согласно ГОСТ 8.207-76 определяют для рассматриваемого способа статистически, проводя серию измерений и находя среднеквадратические отклонения от средних значений измеренных величин Skz, Sxx, Ssn и S1kz, S1xx, S1sn.
Методологическую составляющую неисключенной систематической погрешности определяют по значениям Sk - остаточным S-параметрам аттестуемого измерительного порта, пример, результатов определения которых показан на фиг. 8. Эти параметры определяют согласно системе (10), в которой M1 заменяется выражениями из системы (8), а Мхх и Msn заменяется на
Figure 00000061
и
Figure 00000062
соответственно.
Таким образом, составляющую неисключенной систематической погрешности измерения нагрузки Ги, вносимую остаточными S-параметрами порта, вычисляют по формуле (16), исключая слагаемые высших порядков (Douglas K. Rytting, "Improved RF Hardware and Calibration Methods,", p 35, eq. (3). URL: http://na.support.keysight.com/faq/symp.pdf):
Figure 00000063
Другая составляющая неисключенной систематической погрешности измерения нагрузки Ги связана с неисключенной систематической погрешностью определения комплексного коэффициента отражения нагрузки КЗ. Эта составляющая определяется используя выражение (15) в соответствии с ГОСТ 8.381-2009.
В отличие способа, взятого за прототип, в котором требуется предварительно знать расчетный комплексный коэффициент передачи МВС и комплексные коэффициенты отражения нагрузок КЗ, XX и СН, в заявляемом способе необходимо знать только значения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения нагрузки КЗ, за счет чего увеличивается точность калибровки.
Калибровка заявляемым способом может проводится с использованием нескольких МВС различной длины, что позволяет получить больше точек для аппроксимации модуля и фазы комплексных коэффициентов отражения эталонных нагрузок XX и СН, за счет чего расширяется диапазон частот калибровки.
Помимо этого, предлагаемый способ позволяет определить случайную и неисключенную систематическую погрешности определения собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта в диапазоне частот калибровки, которыми обладает откалиброванный предлагаемым способом ВАЦ.
Кроме этого, применение методов аппроксимации к определенным с помощью заявляемого способа значениям модуля и фазы комплексных коэффициентов отражения нагрузок XX и СН в опорных точках позволяет определить изначально неизвестные значения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения нагрузок XX и СН и значения модуля и фазы комплексного коэффициента передачи МВС.
Наряду с изложенными преимуществами заявляемый способ позволяет контролировать степень влияния качества изготовления МВС и соединителей эталонных нагрузок на погрешность калибровки, за счет определения частотных зависимостей остаточных S-параметров порта. Параметр Sk21Sk12 - остаточная неравномерность трактов подаваемого и отраженного сигналов, сильней всего зависит от качества МВС, а именно ее согласования и затухания по ГОСТ 18238-72. По параметру Sk11 можно оценить остаточную направленность порта анализатора цепей, а по Sk22 можно судить о об остаточном рассогласовании источника сигнала. Это также позволяет обнаруживать ошибки оператора при проведении калибровки ВАЦ.
Все вышеизложенное позволяет говорить о существенном расширении функциональных возможностей заявляемого способа по сравнению с прототипом, его упрощении.

Claims (8)

  1. Способ калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей (ВАЦ), заключающийся в том, что измеряют нагрузки короткого замыкания (КЗ), холостого хода (XX) и согласованную нагрузку (СН), один раз, присоединяя их непосредственно к аттестуемому измерительному порту ВАЦ, получив значения комплексных коэффициентов отражения трех эталонных нагрузок Skx, Sxx, и Ssn соответственно, а второй раз через меру волнового сопротивления (МВС), получив значения S1kz, S1xx и S1sn соответственно, используя эти измеренные значения комплексных коэффициентов отражения эталонных нагрузок - нагрузки КЗ с известными параметрами
    Figure 00000064
    и нагрузок XX и СН с неизвестными параметрами
    Figure 00000065
    и
    Figure 00000066
    , присоединенных непосредственно к аттестуемому измерительному порту и через МВС, а также используя эталонное значение комплексного коэффициента отражения нагрузки КЗ Mkz, определяют значения комплексного коэффициента передачи МВС Mvs и полных комплексных коэффициентов отражения эталонных нагрузок XX Mxx и СН Msn в окрестностях частот, где электрическая длина МВС кратна четверти длины волны, решая следующую систему уравнений
  2. Figure 00000067
  3. Figure 00000068
  4. где M1kz, M1xx M1sn определены соотношениями:
  5. Figure 00000069
  6. по вычисленным значениям комплексных коэффициентов отражения для нагрузок XX и СН Mxx и Msn в указанных окрестностях частот, в которых длина МВС кратна четверти длины волны, аппроксимируют модуль и фазу комплексных коэффициентов отражения каждой из эталонных нагрузок XX и СН
    Figure 00000070
    и
    Figure 00000071
    во всем диапазоне частот калибровки, значения которых используют для вычисления собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта согласно системе уравнений:
  7. Figure 00000072
  8. а затем используют для вычисления случайной и неисключенной систематической погрешностей определения собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта в диапазоне частот калибровки, которые используют при вычислении погрешностей измерений испытуемых с помощью ВАЦ устройств.
RU2020131557A 2020-09-24 2020-09-24 Способ калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей RU2753828C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131557A RU2753828C1 (ru) 2020-09-24 2020-09-24 Способ калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131557A RU2753828C1 (ru) 2020-09-24 2020-09-24 Способ калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2753828C1 true RU2753828C1 (ru) 2021-08-23

Family

ID=77460405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020131557A RU2753828C1 (ru) 2020-09-24 2020-09-24 Способ калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2753828C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2782848C1 (ru) * 2021-11-03 2022-11-03 Андрей Александрович Терентьев Способ измерения s-параметров

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4104583A (en) * 1977-08-31 1978-08-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Six-port measuring circuit
RU2361227C2 (ru) * 2007-05-22 2009-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" Способ измерения s-параметров транзисторов свч в линейном режиме
RU2377591C1 (ru) * 2008-09-10 2009-12-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственная компания "Ритм" Способ аттестации амплитудно-фазовой погрешности устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников свч
RU2482504C2 (ru) * 2011-05-12 2013-05-20 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ "РИТМ" (ОАО "Компания "Ритм") Способ аттестации собственных s-параметров устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников свч

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4104583A (en) * 1977-08-31 1978-08-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Six-port measuring circuit
RU2361227C2 (ru) * 2007-05-22 2009-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" Способ измерения s-параметров транзисторов свч в линейном режиме
RU2377591C1 (ru) * 2008-09-10 2009-12-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственная компания "Ритм" Способ аттестации амплитудно-фазовой погрешности устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников свч
RU2482504C2 (ru) * 2011-05-12 2013-05-20 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ "РИТМ" (ОАО "Компания "Ритм") Способ аттестации собственных s-параметров устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников свч

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DUNSMORE J. HANDBOOK OF MICROWAVE COMPONENT MEASUREMENTS // JOHN WILEY AND SONS, 2012, - P. 145. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2782848C1 (ru) * 2021-11-03 2022-11-03 Андрей Александрович Терентьев Способ измерения s-параметров
RU2789242C1 (ru) * 2022-05-31 2023-01-31 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ) Калибровочная нагрузка векторного анализатора цепей

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6499177B2 (ja) 検査装置構成を校正する方法
US4853613A (en) Calibration method for apparatus evaluating microwave/millimeter wave circuits
US10042029B2 (en) Calibration of test instrument over extended operating range
US6836743B1 (en) Compensating for unequal load and source match in vector network analyzer calibration
US8504315B2 (en) Method for the secondary error correction of a multi-port network analyzer
US20030132758A1 (en) Methods for determining characteristics of interface devices used with vector network analyzers
US8126670B2 (en) Method and device for calibrating a network analyzer for measuring at differential connections
CN112698257B (zh) 矢量网络分析仪硬件指标对测量精度影响的分析方法
RU2687850C1 (ru) Устройство для измерения и способ определения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей
EP3574331B1 (en) An interferometric iq-mixer/dac solution for active, high speed vector network analyser impedance renormalization
RU2482504C2 (ru) Способ аттестации собственных s-параметров устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников свч
Stumper et al. Calibration method for vector network analyzers using one or two known reflection standards
RU2753828C1 (ru) Способ калибровки и определения собственных систематических погрешностей векторного анализатора цепей
JP7153309B2 (ja) ベクトルネットワークアナライザを用いた反射係数の測定方法
US6982561B2 (en) Scattering parameter travelling-wave magnitude calibration system and method
Fezai et al. Measure of reflection factor s 11 high frequency
Fezai et al. Characterization of reflection and attenuation parameters of device under test by vna
Torok et al. Efficient broadband method for equivalent source reflection coefficient measurements
RU2771481C1 (ru) Способ векторной калибровки с учетом собственных шумовых параметров измерителя
Fezai et al. Traceability and calibration techniques for vector-network-analyzer
Singh et al. Comparison of Vector Network Analyser (VNA) calibration techniques at microwave frequencies
Wagner et al. 15-Term Self-Calibration without an ideal THRU-or LINE-Standard
Shoaib et al. Commissioning of the NPL WR-05 waveguide network analyser system for S-parameter measurements from 140 GHz to 220 GHz.
RU2774501C1 (ru) Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ
Staudinger Network analyzer calibration