VNA İçin Belirsizlik Hesaplama Yöntemlerinin İncelenmesi

Öz

Yansıma ve iletim katsayısı ölçümlerinin Vektör Ağ Analizörleri (VNA) ölçümleri önemli olduğu kadar ölçümlerin hangi hata bantları içinde olduğunu belirten belirsizlik hesaplamaları da önemlidir. VNA ölçümlerinin belirsizlik hesaplamalarında Ripple ve Rigorous denen iki yöntem kullanılmaktadır. Her iki yöntemin birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları mevcuttur. Bu çalışmada, Rigorous ve Ripple belirsizlik hesaplama yöntemlerinin nasıl yapıldığı açılanırken, her bir yöntemin belirsizlik hesaplama bileşenleri de açıklanmıştır. Bunun yanında her iki yöntemdeki metrolojik izlenebilirlik zincirinin nasıl sağlandığına da bu çalışmada yer verilmiştir. Ayrıca iki hesaplama yöntemi ile yapılan iki kapılı pasif bir devre elamanın yansıma ve iletim katsayısı ölçümlerine ait belirsizlik hesaplamalarının karşılaştırılması da bu çalışmada verilmiştir. Bu çalışma, VNA belirsizlik hesaplaması yapacak başta kalibrasyon ve deney laboratuvarları olmak üzere tüm VNA kullanıcılarına rehber olması açısından hazırlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Vektör Ağ Analizörü
• İzlenebilirlik
• Ripple Yöntemi
• Rigorous Yöntemi
• Yansıma Katsayısı
• İletim Katsayısı
• Belirsizlik Hesaplaması

Investigation of Uncertainty Calculation Methods for VNA

Öz

Reflection and transmission coefficient measurements with Vector Network Analyzers (VNA) are important as well as uncertainty calculations that indicate which error bands the measurements are in. Two methods called Ripple and Rigorous are used in uncertainty calculations of VNA measurements. Both methods have advantages and disadvantages compared to each other. In this study, the rigorous and ripple uncertainty calculation methods are explained, and the uncertainty calculation components of each method are described. And, how the metrological traceability chain is provided in both methods is also included in this study. In addition, the comparison of uncertainty calculations of reflection and transmission coefficient measurements of a two-port passive circuit element performed with the two calculation methods is also given in this study. This study has been prepared to be a guide for all VNAs, especially calibration and testing laboratories that will perform VNA uncertainty calculations.

Anahtar Kelimeler

• Vector Network Analyzer
• Traceability
• Ripple Method
• Rigorous Method
• Reflection Coefficient
• Transmission Coefficient
• Uncertainty Calculation

Kaynakça

1. [1] Pozar D. M., Microwave Engineering, John Wiley & Sons 4th Edition, 2011. ISBN: 1118213637, 9781118213636.
2. [2] Famton A., Radio frequency & microwave power measurement, IEE Electrical Measurement Series 7, Peter Peregrinus Ltd, London, UK, 1990.
3. [3] Teppati V., Ferrero A., and Sayed M., Modern RF and Microwave Measurement Techniques, Cambridge University Press, 2013. ISBN 978-1-107-03641-3.
4. [4] Dunsmore J. Handbook of Microwave Component Measurements: with Advanced VNA Techniques. John Wiley & Sons, Ltd, 2012. ISBN 978-1-119-97955-5.
5. [5] Bailey A.E., Microwave Measurements; IEE Electrical Measurement Series; Peter Peregrinus Ltd. Volume 3, pp. 547–561, Stevenage, UK, 1989.
6. [6] Keysigth Application Note 1, Fundamentals of RF and Microwave Power Measurements (Part 1); Keysigth Application Note 5988-9213; Keysight Technology, USA, 2017.
7. [7] Anne Y. R., Lyman E. B., “Radio Frequency Power Measurement”, Proceeding of The IEEE, Vol 55, No 6, pp 837-850, June 1967.
8. [8] Keysigth Application Note, PNA Family Microwave Network Analyzers Configuration Guide (5992-1465EN), Keysight Technologies, USA, August 1, 2024.

9. [9] Rohde & Schwarz Application Note, ZVA Vector Network Analyzer, Rohde & Schwarz (PD 5213.5680.12), Version 13.00, December 2017.
10. [10] Keysight Technologies, Network Analyzer Basics, Electronic document. Back to Basics Series, available at www.keysight.com.
11. [11] Keysigth Application Note, Keysight Technologies Specifying Calibration Standards and Kits for Keysight Vector Network Analyzers - Application Note, Electronic document. Available at http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5989-4840EN.pdf.
12. [12] Ferrero A. and Pisani U., “Two-port network analyzer calibration using an unknown thru”. IEEE Microwave & Guided Wave Letters, 2(12):505 – 507, 1992.
13. [13] Eğitim Notu, TÜBİTAK UME Genel Mikrodalga Ölçüm ve Uygulamaları Eğitim Notları, 2024.
14. [14] Wuebbeler G., Elester C., Reichel T., and Judaschke R., Determination of the Complex Residual Error Parameters of a Calibrated One-Port Vector Network Analyzer”, IEEE Trans. Instr. & Meas., 58(9):3238 – 3244, 2009.
15. [15] Garelli M. and Ferrero A., “A Unified Theory for S-Parameter Uncertainty Evaluation”, IEEE Trans. Microwave Theory & Tech., 60(12):3844 – 3855, 2012.
16. [16] Hall B.D., VNA error models: Comments on EURAMET/cg-12/v.01, ANAMET Report 051, 2010.
17. [17] Euramet Calibration Guide, Guidelines on the Evaluation of Vector Network Analysers (VNA) EURAMET Calibration Guide No. 12 Version 3.0 (03/2018), 2018. ISBN: 978-3-942992-51-0, https://www.euramet.org.
18. [18] Software Tool, METAS VNA Tools, available at www.metas.ch/vnatools.
19. [19] BIPM Guide, JCGM 100:2008; Evaluation of Measurement Data—Guide to the Expression of the Uncertainty in Measurement, 1st ed., BIPM (Bureau International des Poids et Mesures): Paris, France, 2008.
20. [20] Mubarak F. and Rietveld G., “Uncertainty Evaluation of Calibrated Vector Network Analyzers”, IEEE Trans. Microwave Theory & Tech., PP(99):1 – 13, 2017.
21. [21] Karay E., Çelik M. E., Danaci E., “RF Vektörel Ölçümlerde Belirsizlik Hesaplamaları”, 2023 International Marmara Sciences Congress (Imascon Spring),2023.