Dispersar parámetros

Dispersar parámetros o S-parámetros (los elementos de una matriz que se dispersa o S-matriz) describe el comportamiento eléctrico de redes eléctricas lineales sometiéndose a varios estímulos del estado de equilibrio por señales eléctricas.

Los parámetros son útiles para ingeniería eléctrica, ingeniería de electrónica y diseño de sistemas de comunicación, y sobre todo para la ingeniería microondas.

Los S-parámetros son miembros de una familia de parámetros similares, otros ejemplos ser: Y-parámetros, Z-parámetros, H-parámetros, T-parámetros o ABCD-parámetros. Se diferencian de éstos, en el sentido que los S-parámetros no usan circuito abierto o condiciones del cortocircuito de caracterizar una red eléctrica lineal; en cambio, las cargas combinadas se usan. Estas terminaciones son mucho más fáciles a usar en frecuencias de la señal altas que el circuito abierto y poner en cortocircuito terminaciones. Además, las cantidades se miden en términos de poder.

Muchas propiedades eléctricas de redes de componentes (inductores, condensadores, resistencias) se pueden expresar usando S-parámetros, como ganancia, pérdida de retorno, voltaje proporción de onda permanente (VSWR), coeficiente de reflexión y estabilidad del amplificador. El término 'dispersando' es más común a la ingeniería óptica que la ingeniería de RF, refiriéndose al efecto observó cuando una onda electromagnética plana es el incidente en una obstrucción o pases a través de medios dieléctricos distintos. En el contexto de S-parámetros, dispersarse se refiere al camino del cual las corrientes de viajes y los voltajes en una línea de transmisión se afectan cuando encuentran una discontinuidad causada por la introducción de una red en la línea de transmisión. Esto es equivalente a la onda que encuentra una impedancia que se diferencia de la impedancia característica de la línea.

Aunque aplicable en cualquier frecuencia, los S-parámetros generalmente se usan para redes que funcionan en radiofrecuencia (RF) y frecuencias microondas donde el poder de la señal y las consideraciones de la energía más fácilmente se cuantifican que corrientes y voltajes. El cambio de S-parámetros con la frecuencia de medida, por tanto la frecuencia se debe especificar para cualquier medida del S-parámetro declaró, además de la impedancia característica o impedancia del sistema.

Los S-parámetros fácilmente se representan en la forma de la matriz y obedecen las reglas del álgebra de la matriz.

Fondo

En el enfoque del S-parámetro, una red eléctrica se considera como una 'caja negra' que contiene varios componentes del recorrido eléctricos básicos interconectados o elementos amontonados como resistencias, condensadores, inductores y transistores, que se relaciona con otro recorrido a través de puertos. La red es caracterizada por una matriz cuadrada de números complejos llamados su matriz del S-parámetro, que puede ser usada para calcular su respuesta a señales aplicadas a los puertos. Para la definición del S-parámetro, se cree que una red puede contener cualquier componente a condición de que la red entera se comporte en línea recta con el incidente pequeñas señales. También puede incluir muchos componentes del sistema de comunicación típicos o 'bloques' como amplificadores, atenuadores, filtros, acopladores y goles del empate a condición de que también funcionen en condiciones lineales y definidas.

Una red eléctrica para ser descrita por S-parámetros puede tener cualquier número de puertos. Los puertos son los puntos a los cuales las señales eléctricas entran o salen de la red. Los puertos son por lo general pares de terminales con el requisito que la corriente en un terminal sea igual a la salida corriente el otro. Los S-parámetros se usan en frecuencias donde los puertos a menudo son coaxiales o conexiones de la guía de ondas.

La matriz del S-parámetro la descripción de una red del N-puerto será el cuadrado de la dimensión 'N' y contendrá por lo tanto elementos. En la frecuencia de prueba cada elemento o S-parámetro son representados por un número complejo unitless que representa la magnitud y el ángulo, es decir la amplitud y la fase. El número complejo se puede o expresar en la forma rectangular o, más comúnmente, en la forma polar. La magnitud del S-parámetro se puede expresar en forma lineal o forma logarítmica. Cuando expresado en la forma logarítmica, la magnitud tiene la "unidad sin dimensiones" de decibelios. El ángulo del S-parámetro el más con frecuencia se expresa en grados, pero de vez en cuando en radians. Cualquier S-parámetro puede ser mostrado gráficamente en un diagrama polar por un punto para una frecuencia o un lugar geométrico para una variedad de frecuencias. Si se aplica a un puerto sólo (ser de la forma), se puede mostrar en una impedancia o entrada Carta de Smith normalizada a la impedancia del sistema. La Carta de Smith permite la conversión simple entre el parámetro, equivalente al coeficiente de reflexión del voltaje y la impedancia (normalizada) asociada (o entrada) 'visto' en ese puerto.

La información siguiente se debe definir especificando un juego de S-parámetros:

  1. La frecuencia
  2. La impedancia característica (a menudo 50)
  3. La asignación de números del puerto
  4. Las condiciones que pueden afectar la red, como temperatura, voltaje de control y corriente de polarización, donde aplicable

La matriz del S-parámetro general

Definición

Para una red del multipuerto genérica, cada uno de los puertos se asigna un número entero 'n' en los límites de 1 a N, donde N es el número total de puertos. Para el puerto n, la definición del S-parámetro asociada es en términos de incidente y 'ondas de poder reflejadas', y respectivamente.

Kurokawa define la onda de poder de incidente para cada puerto como

:

y la onda reflejada para cada puerto se define como

:

donde está la matriz diagonal de la impedancia de la referencia compleja para cada puerto, es el complejo elementwise conjugado de y son respectivamente los vectores de la columna de los voltajes y corrientes en cada puerto y

:

A veces es útil suponer que la impedancia de la referencia sea lo mismo para todos los puertos en cuyo caso las definiciones del incidente y ondas reflejadas se pueden simplificar a

:

y

:

Para todos los puertos las ondas de poder reflejadas pueden ser definidas en términos de matriz del S-parámetro y las ondas de poder de incidente por la ecuación de la matriz siguiente:

:

donde S es un N x N matriz pueden poner índice a los elementos de cual usando la matriz convencional (matemáticas) nota.

Reciprocidad

Una red será recíproca si es pasivo y contiene materiales sólo recíprocos que influyen en la señal transmitida. Por ejemplo, los atenuadores, los cables, los divisores y combiners son todas las redes recíprocas y en cada caso, o la matriz del S-parámetro será igual a su transportaré. Las redes que incluyen materiales no recíprocos en el medio de transmisión como los que contienen componentes de ferrita magnéticamente influidos serán no recíprocas. Un amplificador es otro ejemplo de una red no recíproca.

Una propiedad interesante de redes de 3 puertos, sin embargo, consiste en que no pueden ser recíprocos simultáneamente, sin pérdidas, y perfectamente combinados.

Redes de Lossless

Una red lossless es la que que no disipa ningún poder, o:. la suma de los poderes de incidente en todos los puertos es igual a la suma de los poderes reflejados en todos los puertos. Esto implica que la matriz del S-parámetro es unitaria, es decir donde está el conjugado transportan de y es la matriz de identidad.

Redes de Lossy

Una red pasiva lossy es la que en la cual la suma de los poderes de incidente en todos los puertos es mayor que la suma de los poderes reflejados en todos los puertos. Por lo tanto disipa el poder, o:. en este caso, y está positivo claro.

S-parámetros de dos puertos

La matriz del S-parámetro para la red de 2 puertos está probablemente el más comúnmente usada y sirve del componente básico básico para generar el pedido más alto matrices para redes más grandes. En este caso dan por la relación entre las, ondas de poder de incidente reflejadas y la matriz del S-parámetro:

:

La ampliación del matrices en ecuaciones da:

:

y

:

Cada ecuación da la relación entre el reflejado y ondas de poder de incidente en cada uno de los puertos de la red, 1 y 2, en términos de los S-parámetros individuales de red, y. Si uno considera que una onda de poder de incidente en el puerto 1 allí puede resultar de ello ondas que salen del uno o el otro puerto 1 él mismo o puerto 2 . Sin embargo si, según la definición de S-parámetros, el puerto 2 se termina en una carga idéntica a la impedancia del sistema entonces, por el teorema de transferencia de poder máximo, totalmente se absorberá haciendo igual al cero. Por lo tanto

: y

Del mismo modo, si el puerto 1 se termina en la impedancia del sistema entonces se hace el cero, dando

: y

Cada S-parámetro de 2 puertos tiene las descripciones genéricas siguientes:

: es el coeficiente de reflexión del voltaje del puerto de la entrada

: es la ganancia del voltaje inversa

: es la ganancia del voltaje avanzada

: es el coeficiente de reflexión del voltaje del puerto de la salida

Propiedades del S-parámetro de redes de 2 puertos

Un amplificador que funciona bajo el lineal (pequeña señal) las condiciones son un ejemplo bueno de una red no recíproca y un atenuador combinado es un ejemplo de una red recíproca. En los casos siguientes supondremos que las conexiones de la entrada y salida sean a puertos 1 y 2 respectivamente que es la convención más común. La impedancia del sistema nominal, frecuencia y cualquier otro factor que pueda influir en el dispositivo, como la temperatura, también se debe especificar.

Ganancia lineal compleja

La ganancia lineal compleja G da

:.

Esto es simplemente la ganancia del voltaje como una proporción lineal del voltaje de salida dividido en la tensión de entrada, todos los valores expresados como cantidades complejas.

Ganancia lineal escalar

La ganancia lineal escalar (o la magnitud de la ganancia lineal) da

:.

Esto es simplemente la ganancia del voltaje escalar como una proporción lineal del voltaje de salida y la tensión de entrada. Como esto es una cantidad escalar, la fase no es relevante en este caso.

Ganancia logarítmica escalar

El escalar logarítmico (decibelio o dB) expresión para la ganancia (g) es

: dB.

Esto más comúnmente se usa que la ganancia lineal escalar y una cantidad positiva normalmente se entienden como simplemente una 'ganancia'... Una cantidad negativa se puede expresar como una 'ganancia negativa' o más por lo general como una 'pérdida' equivalente a su magnitud en dB. Por ejemplo, una longitud de 10 m del cable puede tener una ganancia de - 1 dB en 100 MHz o una pérdida de 1 dB en 100 MHz.

Pérdida de la introducción

Por si los dos puertos de medida usen la misma impedancia de la referencia, la pérdida de la introducción es la expresión dB del coeficiente de transmisión. Dan así por ello:

dB.

Es la pérdida suplementaria producida por la introducción del DUT entre los 2 aviones de la referencia de la medida. Note que la pérdida suplementaria puede ser introducida por la pérdida intrínseca en el DUT y/o falta de armonía. En caso de la pérdida suplementaria la pérdida de la introducción se define para ser positiva.

Pérdida de retorno de la entrada

La pérdida de retorno de la entrada es una medida escalar de cómo cerca la impedancia de la entrada actual de la red es al valor de la impedancia del sistema nominal y, expresada en la magnitud logarítmica, es dada por

: dB.

Por definición, la pérdida de retorno es una cantidad escalar positiva que implica a los 2 pares de la magnitud (|) símbolos. La parte lineal, es equivalente a la magnitud del voltaje reflejada dividida en la magnitud del voltaje de incidente.

Pérdida de retorno de la salida

La pérdida de retorno de la salida tiene una definición similar a la pérdida de retorno de la entrada, pero se aplica al puerto de la salida (puerto 2) en vez del puerto de la entrada. Lo da

: dB.

Ganancia inversa y aislamiento inverso

El escalar logarítmico (decibelio o dB) expresión para la ganancia inversa es:

: dB.

A menudo esto se expresará como el aislamiento inverso en cuyo caso se hace una cantidad positiva igual a la magnitud de y la expresión se hace:

: dB.

Coeficiente de reflexión del voltaje

El coeficiente de reflexión del voltaje en el puerto de la entrada o en el puerto de la salida es equivalente a y respectivamente, por tanto

: y.

Como y son cantidades complejas, y también.

Los coeficientes de reflexión del voltaje son cantidades complejas y se pueden gráficamente representar en diagramas polares o Cartas de Smith

También ver el artículo Reflection Coefficient.

Voltaje proporción de onda permanente

El voltaje proporción de onda permanente (VSWR) en un puerto, representado por el minúsculo 's', es una medida similar del partido del puerto a la pérdida de retorno, pero es una cantidad lineal escalar, la proporción del voltaje de máximo de onda permanente al voltaje de mínimo de onda permanente. Por lo tanto está relacionado con la magnitud del coeficiente de reflexión del voltaje y de ahí a la magnitud de para el puerto de la entrada o para el puerto de la salida.

En el puerto de la entrada, el VSWR da

:

En el puerto de la salida, el VSWR da

:

Esto es correcto para coeficientes de reflexión con una magnitud no mayor que la unidad, que es por lo general el caso. Un coeficiente de reflexión con una magnitud mayor que la unidad, tal como en un amplificador del diodo del túnel, causará un valor negativo para esta expresión. VSWR, sin embargo, de su definición, siempre es positivo. Una expresión más correcta para el puerto k de un multipuerto es;

:

S-parámetros De 4 puertos

4 Puerto S Parámetros es usado para caracterizar 4 redes del puerto. Incluyen la información en cuanto al reflejado y ondas de poder de incidente entre los 4 puertos de la red.

:

Comúnmente son usados para analizar a un par de líneas de transmisión conectadas para determinar la cantidad de diafonía entre ellos, si son conducidos por dos señales terminadas solas separadas, o el poder reflejado y poder de incidente de una señal diferencial conducida a través de ellos. Muchas especificaciones de señales del diferencial de la alta velocidad definen un canal de comunicación en términos de S-parámetros De 4 puertos, por ejemplo el Interfaz de la Unidad del Accesorio 10-Gigabit (XAUI), SATA, PCI-X y sistemas de InfiniBand.

S-parámetros del Modo Variado De 4 puertos

Los S-parámetros del Modo variado de 4 puertos caracterizan una 4 red del puerto en términos de respuesta de la red a modo común y señales del estímulo diferenciales. La mesa siguiente muestra los S-parámetros del Modo Variado De 4 puertos.

Note el formato de la nota del parámetro SXYab, donde soportes "de S" para parámetro scatttering o S-parámetro, “X” es el modo de respuesta (diferencial o común), "el Y" es el modo del estímulo (diferencial o común), "el a" es la respuesta (salida) el puerto y b son el estímulo (entrada) puerto. Esto es la nomenclatura típica para dispersar parámetros.

El primer cuadrante se define como los 4 parámetros izquierdos superiores que describen el estímulo diferencial y características de respuesta diferenciales del dispositivo bajo la prueba. Esto es el modo de funcionamiento actual para la mayor parte de alambres de conexión diferenciales rápidos y es el cuadrante que recibe la mayor parte de atención. Incluye la pérdida de retorno del diferencial de la entrada (SDD11), introduzca la pérdida de la introducción diferencial (SDD21), pérdida de retorno del diferencial de la salida (SDD22) y pérdida de la introducción del diferencial de la salida (SDD12). Algunas ventajas del procesamiento de la señal diferencial son;

Los segundos y terceros cuadrantes son el derecho superior y 4 parámetros izquierdos inferiores, respectivamente. Éstos también se refieren como los cuadrantes del modo enfadado. Esto es porque totalmente caracterizan cualquier conversión del modo que ocurre en el dispositivo bajo la prueba, si es la conversión SDCab común para el diferencial (susceptibilidad de EMI para una señal diferencial intencionada aplicación de transmisión de SDD) o diferencial a común conversión de SCDab (radiación de EMI para una aplicación diferencial). El entendimiento de la conversión del modo es muy provechoso tratando de optimizar el diseño de alambres de conexión para el rendimiento de datos gigabit.

El cuarto cuadrante es los 4 parámetros correctos inferiores y describe las características de rendimiento de SCCab de la señal del modo común que se propaga a través del dispositivo bajo la prueba. Para un dispositivo diferencial SDDab correctamente diseñado debería haber salida del modo común mínima SCCab. Sin embargo, los cuartos datos de respuesta del modo común del cuadrante son una medida de la respuesta de transmisión del modo común y usado en una proporción con la respuesta de transmisión diferencial para determinar el rechazo del modo común de la red. Este rechazo del modo común es una ventaja importante del procesamiento de la señal diferencial y se puede reducir a uno en algunas realizaciones del recorrido diferenciales.

S-parámetros en diseño del amplificador

El parámetro de aislamiento inverso determina el nivel de reacción de la salida de un amplificador a la entrada y por lo tanto influye en su estabilidad (su tendencia de abstenerse de la oscilación) juntos con la ganancia avanzada. Un amplificador con puertos de la entrada y salida perfectamente aislados el uno del otro tendría el aislamiento de magnitud del tronco escalar infinito o la magnitud lineal de sería el cero. Se dice que tal amplificador es unilateral. La mayoría de los amplificadores prácticos aunque tenga un poco de aislamiento finito que permite el coeficiente de reflexión 'visto' en la entrada ser influido hasta cierto punto por la carga relacionada en la salida. A menudo se llama un amplificador que deliberadamente se diseña para tener el valor más pequeño posible de un amplificador parachoques.

Suponga el puerto de la salida de un verdadero (no unilateral o bilateral) el amplificador se relaciona con una carga arbitraria con un coeficiente de reflexión de. El coeficiente de reflexión actual 'visto' en el puerto de la entrada dará

:.

Si el amplificador es unilateral entonces y o, para ponerlo otro camino, la carga de la salida no tiene efecto en la entrada.

Una propiedad similar existe en dirección contraria, en este caso si es el coeficiente de reflexión visto en el puerto de la salida y es el coeficiente de reflexión de la fuente relacionada con el puerto de la entrada.

:

Condiciones de carga del puerto para un amplificador para ser incondicionalmente estable

Un amplificador es incondicionalmente estable si una carga o la fuente de algún coeficiente de reflexión se pueden relacionar sin causar la inestabilidad. Esta condición ocurre si las magnitudes de los coeficientes de reflexión en la fuente, carga y puertos de la entrada y salida del amplificador son simultáneamente menos que la unidad. Un requisito importante que a menudo se pasa por alto es que el amplificador sea una red lineal sin polos en la mitad correcta de avión. La inestabilidad puede causar la deformación severa de la respuesta en frecuencia de la ganancia del amplificador o, en el extremo, oscilación. Para ser incondicionalmente estable en la frecuencia de interés, un amplificador debe satisfacer las 4 ecuaciones siguientes simultáneamente:

:

:

:

:

La condición de frontera para cuando cada uno de estos valores es igual a la unidad puede ser representada por un círculo usado el diagrama polar que representa el coeficiente de reflexión (complejo), un para el puerto de la entrada y otro para el puerto de la salida. A menudo éstos se escalarán como Cartas de Smith. En cada caso las coordenadas del centro del círculo y el radio asociado dan las ecuaciones siguientes:

valores para (círculo de estabilidad de la salida)

Radio

Centro

valores para (círculo de estabilidad de la entrada)

Radio

Centro

donde, en ambos casos

:

y la estrella de la superescritura (*) indica un complejo conjugado.

Los círculos están en unidades complejas del coeficiente de reflexión tan se puede usar impedancia o entrada Cartas de Smith basadas normalizadas a la impedancia del sistema. Esto sirve para mostrar fácilmente las regiones de la impedancia normalizada (o entrada) para la estabilidad incondicional predita. Otro modo de demostrar la estabilidad incondicional es por medio del factor de estabilidad de Rollet , definido como

:

La condición de la estabilidad incondicional se consigue cuando y

Dispersar parámetros de transferencia

Los parámetros de transferencia que se Dispersan o los T-parámetros de una red de 2 puertos son expresados por la matriz del T-parámetro y son estrechamente relacionados a la matriz del S-parámetro correspondiente. La matriz del T-parámetro se relaciona con el incidente y reflejó ondas normalizadas en cada uno de los puertos así:

:

Sin embargo, se podrían definir diferentemente, así:

:

El complemento de la Caja de herramientas de RF a MATLAB y varios libros (por ejemplo "Parámetros de dispersando de la red") usa esta última definición, por tanto la precaución es necesaria. El "De S a T" y "De T a S" los párrafos en este artículo están basados en la primera definición. La adaptación a la segunda definición es trivial (intercambiando T para T y T para).

La ventaja de T-parámetros comparado con S-parámetros consiste en que pueden ser usados fácilmente para determinar el efecto de caer en cascada 2 o más redes de 2 puertos multiplicando simplemente el T-parámetro individual asociado matrices. Si los T-parámetros de dicen que tres redes de 2 puertos diferentes 1, 2 y 3 son, y respectivamente entonces dan por la matriz del T-parámetro para la cascada de tres redes en el pedido consecutivo:

:

Como con S-parámetros, los T-parámetros son valores complejos y hay una conversión directa entre los dos tipos. Aunque los T-parámetros caídos en cascada sean una multiplicación de la matriz simple de los T-parámetros individuales, la conversión para los S-parámetros de cada red a los T-parámetros correspondientes y la conversión de los T-parámetros caídos en cascada atrás al equivalente cayeron en cascada S-parámetros, que por lo general se requieren, no es trivial. Sin embargo una vez que la operación se completa, las interacciones de onda llenas complejas entre todos los puertos en ambas direcciones se considerarán. Las ecuaciones siguientes proporcionarán la conversión entre S y parámetros T para redes de 2 puertos.

De S a T:

:

:

:

:

De T a S

:

:

:

:

Donde indica el determinante de la matriz.

S-parámetros de 1 puerto

El S-parámetro para una red de 1 puerto da 1 x simple 1 matriz de la forma donde n es el número del puerto asignado. Para cumplir con la definición del S-parámetro de la linealidad, esto sería normalmente una carga pasiva de algún tipo.

S-parámetro de pedido más alto matrices

El pedido más alto S-parámetros para pares de puertos distintos , donde se puede deducir de manera similar a aquellos para redes de 2 puertos considerando a pares de puertos por su parte, en cada caso que asegura que todos los puertos (no usados) restantes se carguen por una impedancia idéntica a la impedancia del sistema. De esta manera la onda de poder de incidente para cada uno de los puertos no usados se hace el cero que cede expresiones similares a los obtenidos para el caso de 2 puertos. Los S-parámetros que se relacionan con puertos solos sólo requieren que todos los puertos restantes se carguen por una impedancia idéntica a la impedancia del sistema que por lo tanto hace todo el cero de ondas de poder de incidente salvo que para el puerto bajo la consideración. En general por lo tanto tenemos:

:

y

:

Por ejemplo, una red de 3 puertos como un divisor de 2 caminos tendría las definiciones del S-parámetro siguientes

:

:

:

:

Medida de S-parámetros

Red del vector analizador

El diagrama muestra las partes esenciales de una red del vector analizador (VNA) de 2 puertos típica. Los dos puertos del dispositivo bajo prueba (DUT) son el puerto denotado 1 (P1) y puerto 2 (P2). Los conectores del puerto de prueba proporcionados en el propio VNA son tipos de precisión que se tendrán que normalmente ampliar y relacionarse con P1 y P2 usando cables de precisión 1 y 2, PC1 y PC2 respectivamente y adaptadores del conector convenientes A1 y A2 respectivamente.

La frecuencia de prueba es generada por una frecuencia variable la fuente de CW y su nivel de poder se ponen usando un atenuador variable. La posición de interruptor SW1 pone la dirección que la señal de prueba pasa por el DUT. Al principio considere que SW1 está en la posición 1 de modo que la señal de prueba sea el incidente en el DUT en P1 que es apropiado para la medición y. La señal de prueba es alimentada por SW1 al puerto común del divisor 1, un brazo (el canal de la referencia) alimentación de un receptor de la referencia para P1 (RX REF1) y el otro (el canal de prueba) uniéndose con P1 vía el acoplador direccional DC1, PC1 y A1. El tercer puerto de DC1 se aparea del poder reflejado de P1 vía A1 y PC1, luego alimentándolo para probar el receptor 1 (RX TEST1). Del mismo modo, las señales dejando P2 pasan vía A2, PC2 y DC2 a RX TEST2. Los RX REF1, RX TEST1, RX REF2 y RXTEST2 se conocen como receptores coherentes ya que comparten el mismo oscilador de la referencia, y son capaces de medir la amplitud de la señal de prueba y la fase en la frecuencia de prueba. Todas las señales de la salida del receptor complejas se alimentan a un procesador que hace el procesamiento matemático y muestra los parámetros elegidos y formato en la pantalla de amplitud y la fase. El valor instantáneo de la fase incluye tanto las partes temporales como espaciales, pero el antiguo se quita en virtud de la utilización de 2 canales de prueba, un como una referencia y otro para la medida. Cuando SW1 se hace colocar 2, las señales de prueba se aplican a P2, la referencia es medida por RX REF2, las reflexiones de P2 son conectadas lejos por DC2 y medidas por RX TEST2 y las señales dejando P1 son conectadas lejos por DC1 y medidas por RX TEST1. Esta posición es apropiada para la medición y.

Calibración

Antes de la fabricación de una medida del S-parámetro VNA, el primer paso esencial debe realizar una calibración exacta apropiada para las medidas intencionadas. Varios tipos de la calibración están normalmente disponibles en el VNA. Sólo es en los últimos años que VNAs han tenido la capacidad de procesamiento suficientemente avanzada, al coste realista, requerido llevar a cabo los tipos más avanzados de la calibración, incluso correcciones para errores sistemáticos. Los tipos más básicos, a menudo llamados calibraciones 'de respuesta', se pueden realizar rápidamente, pero sólo proveerán un resultado de la incertidumbre moderada. Para incertidumbre mejorada y variedad dinámica de la medida se requiere una 2 calibración del puerto llena antes de la medida DUT. Esto eliminará con eficacia todas las fuentes de errores sistemáticos inherentes en el sistema de medida VNA.

Minimización de errores sistemáticos

Los errores sistemáticos son aquellos que no varían con el tiempo durante una calibración. Para un juego de 2 medidas del S-parámetro del puerto hay un total de 12 tipos de errores sistemáticos que se miden y se quitan matemáticamente como la parte del 2 procedimiento de calibración del puerto lleno. Son, para cada puerto:

1. directivity y diafonía

2. la fuente y la carga emparejan mal

3. errores de respuesta en frecuencia causados por reflexión y rastreo de transmisión dentro de los receptores de prueba

El procedimiento de calibración requiere al principio que establecer el VNA con todos los cables, adaptadores y conectores necesarios se una con el DUT, pero no en esta etapa que lo une. Un equipo de calibración se usa según los tipos del conector encajados al DUT. Esto incluirá normalmente adaptadores, cortocircuitos nominales (SCs), circuitos abiertos (OCs) y cargará la terminación (TÉRMINO) estándares tanto de sexos del conector apropiados para el VNA como de conectores DUT. Incluso con estándares de la alta calidad, realizando pruebas en las frecuencias más altas en la variedad microondas varias capacitancias vagas y las inductancias se harán aparentes y causarán la incertidumbre durante la calibración. Los datos que se relacionan con extraviarse del equipo de calibración particular usado se miden en la fábrica detectable a estándares nacionales y los resultados se programan en la memoria VNA antes de la realización de la calibración.

El procedimiento de calibración es normalmente el software controlado e instruye al operador de encajar varios estándares de calibración a los finales del DUT cables conectadores así como fabricación un a través de la conexión. En cada paso el procesador VNA captura datos a través del rango de frecuencia de prueba y lo almacena. Al final de procedimiento de calibración, el procesador usa los datos almacenados así obtenidos para aplicar las correcciones de errores sistemáticas a todas las medidas subsecuentes hechas. Todas las medidas subsecuentes se conocen como 'medidas corregidas. A este punto el DUT se relaciona y una medida corregida de sus S-parámetros se hace.

Formato de la salida de datos del S-parámetro mesurados y corregidos

Los datos de las pruebas del S-parámetro se pueden proporcionar en muchos formatos alternativos, por ejemplo: lista, gráfica (carta de Smith o diagrama polar).

Formato de la lista

En el formato de la lista los S-parámetros mesurados y corregidos se tabulan contra la frecuencia. El formato de la lista más común se conoce como la Piedra de toque o SNP, donde N es el número de puertos. Comúnmente los archivos del texto que contienen esta información tendrían la extensión del nombre del archivo '.s2p'. Un ejemplo de un listado del archivo de la Piedra de toque para los datos del S-parámetro de 2 puertos llenos obtenidos para un dispositivo se muestra abajo:

! Fri Creado el 21 de julio 14:28:50 2005

# MHZ S DB R 50

! SP1. SP

50 -15.4 100.2 10.2 173.5 -30.1 9.6 -13.4 57.2 51 -15.8 103.2 10.7 177.4 -33.1 9.6 -12.4 63.4 52 -15.9 105.5 11.2 179.1 -35.7 9.6 -14.4 66.9 53 -16.4 107.0 10.5 183.1 -36.6 9.6 -14.7 70.3 54 -16.6 109.3 10.6 187.8 -38.1 9.6 -15.3 71.4

Las filas que comienzan con un signo de admiración sólo contienen comentarios. La fila que comienza con el símbolo del picadillo indica que en este caso las frecuencias están en el megahercio (MHZ), los S-parámetros se ponen (S) en una lista, las magnitudes están en la magnitud del tronco de dB (DB) y la impedancia del sistema es 50 ohmios (R 50). Hay 9 columnas de datos. La columna 1 es la frecuencia de prueba en el megahercio en este caso. Las columnas 2, 4, 6 y 8 son las magnitudes de, y respectivamente en dB. Las columnas 3, 5, 7 y 9 son los ángulos de, y respectivamente en grados.

Gráfico (carta de Smith)

Cualquier S-parámetro de 2 puertos se puede mostrar en una carta de Smith usando coordenadas polares, pero el más significativo sería y ya que de éstos se puede convertir directamente en una impedancia normalizada equivalente (o entrada) utilización de la característica impedancia de la Carta de Smith (o entrada) escalando apropiado para la impedancia del sistema.

Gráfico (diagrama polar)

Cualquier S-parámetro de 2 puertos se puede mostrar en un diagrama polar usando coordenadas polares.

En el uno o el otro formato gráfico cada S-parámetro en una frecuencia de prueba particular se muestra como un punto. Si la medida es un barrido a través de varias frecuencias un punto aparecerá para cada uno. Muchos VNAs unen puntos sucesivos con líneas rectas para la visibilidad más fácil.

La medición de S-parámetros de una red de un puerto

La matriz del S-parámetro para una red con sólo un puerto tendrá sólo un elemento representado en la forma, donde n es el número asignado al puerto. La mayor parte de VNAs proporcionan una capacidad de calibración de un puerto simple de una medida del puerto para ahorrar el tiempo si esto es todo que se requiere.

La medición de S-parámetros de redes con más de 2 puertos

VNAs diseñados para la medida simultánea de los S-parámetros de redes con más de dos puertos son factibles, pero rápidamente se hacen prohibitivamente complejos y caros. Por lo general su compra no se justifica ya que las medidas requeridas se pueden obtener usando un estándar de 2 puertos calibró VNA con medidas suplementarias seguidas de la interpretación correcta de los resultados obtenidos. La matriz del S-parámetro requerida se puede reunir de dos medidas del puerto sucesivas por etapas, dos puertos a la vez, en cada ocasión con los puertos no usados terminados en cargas de alta calidad iguales a la impedancia del sistema. Un riesgo de este enfoque consiste en que la pérdida de retorno o VSWR de las propias cargas se deben apropiadamente especificar para estar lo más cerca posible a 50 ohmios perfectos, o todo lo que la impedancia del sistema nominal es. Para una red con muchos puertos puede haber una tentación, por motivos del coste, de especificar inadecuadamente el VSWRs de las cargas. Un poco de análisis será necesario para determinar cual el VSWR aceptable peor de las cargas será.

Suponiendo que las sobrecargas se especifiquen suficientemente, si es necesario, dos o más de los subíndices del S-parámetro se modifican de los que se relacionan con el VNA (1 y 2 en el caso considerado encima) a los que se relacionan con la red bajo la prueba (1 a N, si N es el número total de puertos DUT). Por ejemplo, si el DUT tiene 5 puertos y un dos puerto VNA se relaciona con el puerto VNA 1 a puerto DUT 3 y puerto VNA 2 al puerto DUT 5, los resultados de VNA mesurados (y) serían equivalentes a, y respectivamente, suponiendo que los puertos DUT 1, 2 y 4 se terminaran en cargas de 50 ohmios adecuadas. Esto proporcionaría 4 de los 25 S-parámetros necesarios.

Bibliografía

Véase también



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