Calculateur d'erreur de mesure d'affaiblissement de réflexion

Le calculateur d'erreur de perte de retour estime les limites d'incertitude de mesure à partir de la directivité du coupleur et de la correspondance des sources. Les ingénieurs VNA, les techniciens de test RF et les équipes de validation du système l'utilisent pour déterminer si leur configuration de mesure peut résoudre de manière fiable la véritable perte de retour d'un appareil. Comprendre ces sources d'erreur est essentiel pour quiconque travaille avec des analyseurs de réseaux vectoriels (VNA), des analyseurs de réseaux scalaires ou de simples ponts de perte de retour.

Au cœur d'une mesure de perte de retour se trouve un coupleur directionnel ou un pont qui sépare l'onde incidente (directe) de l'onde réfléchie. La perte de retour et le coefficient de réflexion sont définis dans la norme IEEE 287-2007 (norme IEEE pour les connecteurs coaxiaux de précision à des fréquences allant jusqu'à 110 GHz) et le modèle d'erreur de mesure est décrit dans « Microwave Engineering » de Pozar (4e éd.) Chapitre 4. Les spécifications d'étalonnage et d'erreur résiduelle du VNA sont conformes aux directives EURAMET cg-12. Dans un coupleur directionnel parfait, seul le signal réfléchi apparaîtrait sur le port couplé. En pratique, une petite fraction du signal direct s'échappe en raison de la directivité finie. La directivité est définie comme le rapport entre le couplage direct et l'isolation inverse, exprimé en dB. Un coupleur avec une directivité de 35 dB signifie que le signal de fuite est inférieur de 35 dB au facteur de couplage direct.

Cette fuite de directivité agit comme un plancher de bruit pour la mesure. Si vous mesurez un appareil avec une perte de retour de 20 dB (coefficient de réflexion de 0,1) et que votre coupleur a une directivité de 35 dB (coefficient de fuite de 0,0178), la fuite est inférieure d'environ 15 dB au signal d'intérêt. Le vecteur de fuite s'ajoute au véritable signal réfléchi dont la phase est inconnue, ce qui crée une incertitude de mesure. Lors de la mesure d'appareils dont la perte de retour est proche ou supérieure à la directivité du coupleur, l'incertitude devient très importante.

La deuxième source d'erreur majeure est la non-concordance de source. Lorsque l'onde réfléchie revient du DUT, une partie de celle-ci est réfléchie à nouveau sur le port source imparfait. Cette onde réréfléchie traverse le DUT, se réfléchit à nouveau et retourne au port couplé. L'amplitude de ce terme d'erreur est proportionnelle au coefficient de réflexion du DUT au carré (car le signal traverse le DUT deux fois) multiplié par le coefficient de réflexion de la source. Pour les sources bien adaptées (30 dB ou mieux), ce terme est généralement inférieur à l'erreur de directivité, mais il devient significatif lors de la mesure d'appareils présentant une faible perte de retour.

Le modèle d'erreur complet traite ces contributions comme des vecteurs dont les relations de phase sont inconnues. Comme nous ne connaissons généralement pas les phases, nous calculons les limites les plus défavorables. Le coefficient de réflexion maximal mesuré se produit lorsque tous les vecteurs d'erreur s'alignent en phase avec la vraie réflexion : rho_max = Rho_DUT + rho_dir + Rho_DUT^2 rho_src. Le minimum se produit lorsqu'ils s'opposent : rho_min = |Rho_DUT - rho_dir - Rho_DUT^2 rho_src|. La reconversion de ces limites en dB donne la fenêtre d'incertitude de mesure.

L'étalonnage réduit considérablement ces erreurs. Un étalonnage complet à un port avec des normes connues (ouvert, court, charge) caractérise les erreurs de directivité, de correspondance de source et de suivi de fréquence, puis les supprime mathématiquement des mesures suivantes. Après étalonnage, la directivité effective peut être améliorée de 15 à 25 dB, et la correspondance à la source s'améliore de la même manière. Cependant, la qualité de l'étalonnage dépend de la précision des normes d'étalonnage, de la répétabilité des connecteurs, de la stabilité du câble et des conditions environnementales. Les erreurs résiduelles après l'étalonnage, appelées directivité résiduelle et correspondance de source résiduelle, limitent toujours la précision des mesures, mais à des niveaux bien meilleurs.

Pour les mesures critiques, la compréhension des termes d'erreur résiduelle après l'étalonnage permet de déterminer si le système de mesure peut réellement résoudre le paramètre d'intérêt. En règle générale, des mesures fiables exigent que la perte de retour du DUT soit supérieure (inférieure) d'au moins 10 dB à la directivité du système. Lorsque cette marge diminue, l'incertitude augmente rapidement et la mesure devient peu fiable.