Rückflussdämpfung Messfehler Rechner

Der Rückflussdämpfungsfehlerrechner schätzt die Grenzen der Messunsicherheit anhand der Richtwirkung des Kopplers und der Quellenübereinstimmung ab. VNA-Techniker, HF-Testtechniker und Systemvalidierungsteams ermitteln anhand dieser Daten, ob ihr Messaufbau die tatsächliche Rückflussdämpfung eines Geräts zuverlässig beheben kann. Das Verständnis dieser Fehlerquellen ist für jeden, der mit Vektor-Netzwerkanalysatoren (VNAs), skalaren Netzwerkanalysatoren oder einfachen Rückflussdämpfungsbrücken arbeitet, unerlässlich.

Das Herzstück einer Messung der Rückflussdämpfung ist ein Richtkoppler oder eine Brücke, der die einfallende (Vorwärts-) Welle von der reflektierten Welle trennt. Rückflussdämpfung und Reflexionskoeffizient sind im IEEE-Standard 287-2007 (IEEE-Standard für präzise Koaxialsteckverbinder bei Frequenzen bis zu 110 GHz) definiert. Das Messfehlermodell ist in Pozars „Microwave Engineering“ (4. Aufl.) beschrieben Kapitel 4. Die Spezifikationen für die VNA-Kalibrierung und die Restfehler entsprechen den EURAMET cg-12-Richtlinien. Bei einem perfekten Richtkoppler würde nur das reflektierte Signal am gekoppelten Anschluss erscheinen. In der Praxis tritt aufgrund der endlichen Richtwirkung ein kleiner Teil des Vorwärtssignals durch. Die Richtwirkung ist definiert als das Verhältnis der Vorwärtskopplung zur Rückwärtsisolierung, ausgedrückt in dB. Ein Koppler mit 35 dB Richtwirkung bedeutet, dass das Lecksignal 35 dB unter dem Vorwärtskopplungsfaktor liegt.

Diese Streuung der Richtwirkung dient als Grundrauschen für die Messung. Wenn Sie ein Gerät mit einer Rückflussdämpfung von 20 dB (Reflexionskoeffizient von 0,1) messen und Ihr Koppler eine Richtwirkung von 35 dB (Leckkoeffizient von 0,0178) hat, liegt die Leckage etwa 15 dB unter dem interessierenden Signal. Der Leckvektor erhöht das tatsächlich reflektierte Signal mit unbekannter Phase, wodurch eine Messunsicherheit entsteht. Bei Messgeräten mit einer Rückflussdämpfung, die der Richtcharakteristik des Kopplers nahe oder besser als diese entspricht, wird die Messunsicherheit sehr groß.

Die zweite Hauptfehlerquelle ist die Nichtübereinstimmung der Quelle. Wenn die reflektierte Welle vom DUT zurückkehrt, wird ein Teil davon am fehlerhaften Quellanschluss erneut reflektiert. Diese rereflektierte Welle durchläuft das DUT zurück, wird erneut reflektiert und kehrt zum gekoppelten Anschluss zurück. Die Größe dieses Fehlerterms ist proportional zum Quadrat des DUT-Reflexionskoeffizienten (da das Signal das DUT zweimal durchläuft), multipliziert mit dem Reflexionskoeffizienten der Quelle. Bei gut aufeinander abgestimmten Quellen (30 dB oder besser) ist dieser Wert in der Regel kleiner als der Richtungsfehler. Er wird jedoch bei der Messung von Geräten mit geringer Rückflussdämpfung deutlich.

Das vollständige Fehlermodell behandelt diese Beiträge als Vektoren mit unbekannten Phasenbeziehungen. Da wir die Phasen im Allgemeinen nicht kennen, berechnen wir die Worst-Case-Grenzen. Der maximale gemessene Reflexionskoeffizient entsteht, wenn alle Fehlervektoren phasengleich mit der wahren Reflexion sind: rho_max = Rho_DUT + rho_dir + RHO_DUT^2 rho_src. Das Minimum tritt auf, wenn sie entgegengesetzt sind: rho_min = |RHO_DUT - rho_dir - RHO_DUT^2 rho_src|. Wenn Sie diese Grenzen wieder in dB umrechnen, erhalten Sie das Messunsicherheitsfenster.

Durch die Kalibrierung werden diese Fehler drastisch reduziert. Bei einer vollständigen Kalibrierung über einen Anschluss mit bekannten Standards (offen, kurz, Last) werden Richtungsfehler, Fehler bei der Quellenanpassung und bei der Frequenzverfolgung charakterisiert und anschließend mathematisch aus nachfolgenden Messungen entfernt. Nach der Kalibrierung kann sich die effektive Richtwirkung um 15-25 dB verbessern, und die Quellenanpassung verbessert sich ebenfalls. Die Qualität der Kalibrierung hängt jedoch von der Genauigkeit der Kalibrierungsstandards, der Wiederholbarkeit der Stecker, der Kabelstabilität und den Umgebungsbedingungen ab. Die nach der Kalibrierung verbleibenden Fehler — die als Restrichtwirkung und Restquellenübereinstimmung bezeichnet werden — schränken die Messgenauigkeit immer noch ein, allerdings auf einem viel besseren Niveau.

Bei kritischen Messungen hilft das Verständnis der Restfehlerterme nach der Kalibrierung dabei, festzustellen, ob das Messsystem den interessierenden Parameter tatsächlich auflösen kann. Als Faustregel gilt, dass für zuverlässige Messungen die Rückflussdämpfung des DUT mindestens 10 dB besser (niedriger) als die Richtcharakteristik des Systems sein muss. Wenn dieser Spielraum schrumpft, nimmt die Unsicherheit schnell zu und die Messung wird unzuverlässig.