作者:百檢網 時間:2022-04-08 來源:互聯網
TRL校準的解析計算方法
矢量網絡分析儀(VNA)通常被校準到它 們自己的參考平面上,而這些參考平面通 常不同于DUT的參考平面。在使用VNA進行S 參數測量時,通過使用各種連接裝置連到DUT 進行測量。而這些連接裝置,例如射頻電纜和 接頭,會導致相移、損耗和失配,從而引入測 量誤差(參見圖1)。必須通過校準來消除這 些誤差,才能獲得DUT的真實特性。可采用各 種校準方法——例如短路、開路、負載、直通 (SOLT)方法,直通、反射、傳輸線(TRL) 方法,或者直通、反射、匹配(TRM)方 法——來確定測試錯誤項。大多數校準方法都 需要精準的的標準件,而TRL校準則不依賴于完全已知的標準件。
二TRL校準 DUT的S參數由圖2a中所示的信號流圖表 示。而實際測量到的DUT的原始S參數,則包 括了測量誤差,可用圖2b中所示的信號流圖表 示。由圖1中所示的誤差框代表的誤差項的S參 數可按如下方法確定。在前向傳輸方向上,可以測量如下三個比 值:
圖1:校準模型包括DUT,以及其輸入和輸出端到VNA參考平面之間的過渡部分。
所得到的S參數為:
三校準步驟:
Sij是DUT的S參數,eij則是描述錯誤項。必須事先知道標準件的若干特性的取值。這些信息被稱為“校準套件”。
將DUT的輸入輸出參考平面重疊到一起就得到了直通標準件,可用于確定DUT參考平面的位置。
圖 2 :DUT 的 S 參數信號流圖表示 (a)。含八個誤差項的誤差模型疊加到 DUT上(b)。
盡管傳輸線標準件可以是任何無源 對稱雙端口網絡,但通常是采用|X|取值 接近于1的傳輸線。5 然后參考阻抗就對 應于這兩個端口的特征阻抗。校準套件 中使用的X的相位必須事先知道,可允 許到90度以內誤差。
通常|r B|取值接近1。兩個端口上的 反射系數的相位必須相同。如果不相 同,則必須設法移動參考平面,直到找 到相位相等的位置。校準套件中的
的相位也必須實現確定到90度以內誤 差。
計算方法 從等式6和10以及9和13可得:
由此可得到X的二階方程:
該方程有兩個解,對于損耗小的傳 輸線來說,|X|的兩個解的取值都接近于 1,導致難以選擇正確的解。因此選擇 |α| << 1更為安全。
根據等式5和9,可知方向性(e00和 e33)是入射信號的泄漏部分與反射信號 的比值:
從方程式14和6可得:
端口失配項(e22和e11)為:
以下所有結果均對應于傳輸項。只 需要知道他們的乘積就足夠了。傳輸量跟蹤:
通過去嵌入提取DUT的S參數 Sij分別對應于提取出的DUT的特 性。下述的去嵌入技術通過消除一整套 包裹在DUT周圍的誤差項來提取DUT的 真實參數。
圖4:使用VNA內部方法測量的和本文TRL方法計算的|S21|(a),∠S21(b)和S11(c)。
方法驗證 將標稱增益為10 dB的4至8 GHz放 大器作為DUT,使用VNA進行了測量,以驗證TRL校準方法和效率(參見圖 3)。圖4顯示了DUT傳輸系數的幅度 |S21|,圖4b顯示了它的相位。曲線對應 于未經校準測量的S21、使用VNA內部校 準算法測量到的S21和使用本文中描述的 方法計算所得的S21。結果顯示兩種校準 方法之間幾乎沒有差異。圖4c顯示了在 史密斯圓圖上繪制的S11,兩條曲線分別 表示使用VNA內置校準所得的測量值, 以及使用本文中描述的方法計算出的值。所有曲線都顯示了S11和S21的解析計算值與VNA內部校準算法確定的值之間的一致性。結論 與眾所周知的TRL校準方法對應的解析計算方法,相比傳統的矩陣形式降低了計算復雜度。3這種方法可以擴展用于更多的測量情形,特別是對于差分輸入和輸出的情況。
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