melyek az S-paraméterek alkalmazásai és mérései? (2. rész)
a GYIK 1.része alapvető bevezetés volt az s-paraméterek kontextusába és fogalmába. A 2. rész a mérésüket és alkalmazásukat, valamint az időtartományhoz való viszonyukat vizsgálja.
k: hogyan méri valójában az s-paramétereket?
V: általában, kivéve a hozzávetőleges méréseket, nem használhat spektrum analizátort egyedül ehhez a frekvenciatartomány-teszthez. Helyette, két dedikált van, az eszközök meghatározott osztályai: a hálózati analizátor, amely képes beállítani és mérni a skalár s-paramétereket, és a vector network analyzer (VNA), amely szintén méri a vektor (valós és képzeletbeli) s-paramétereket (1.ábra).
különböző eszközök állnak rendelkezésre a különböző maximális frekvenciatartományokhoz, például 1 GHz-ig, 10 GHz-ig, sőt akár tíz GHz-ig is. Természetesen a költségek a tartomány minden növekedésével emelkednek. A differenciál áramkörökhöz 4 portos analizátorok is vannak.
K: Mi a fizikai beállítás VNA használatával?
A: a VNA pontos szinuszhullámot használ, és a frekvenciát söpöri, mivel egy keskeny sávú vevő követi a söpört bemeneti választ. Ez a keskeny sávú Vevő a VNA alacsony zajszintjét és nagy dinamikatartományát éri el. Elég egyszerűnek tűnik, de sok finomság és bonyolultság van a belső architektúrában, az összetevőkben és a mérések tényleges elkészítésében. Amint az a (2. ábra), s-paraméterek S11 = A / R1 és S21=B / R1, és mérésével határozzák meg a nagysága és fázisa az incidens (R1), visszavert (A) és továbbított (B) feszültség jeleket, amikor a kimenet megszűnik a tökéletes Zo, a jellemző impedancia a vizsgálati rendszer.
ennek a beállítási feltételnek köszönhetően garantált, hogy az R2 nulla, mivel az ideális terhelés nem tükröződik. (Emlékezzünk arra, hogy az S11 egyenértékű a DUT bemeneti komplex reflexiós együtthatójával vagy impedanciájával, az S21 pedig az előremenő komplex átviteli együttható.) Hasonlóképpen, ha a forrást a 2. portra helyezzük, és az 1. portot tökéletes terheléssel zárjuk le (így R1 nulla), akkor S22 (=B/R2) és S12 (=a/R2) mérések végezhetők. (ismét emlékezzünk arra, hogy az S22 egyenértékű a DUT kimeneti komplex reflexiós együtthatójával vagy kimeneti impedanciájával, az S12 pedig a fordított komplex átviteli együttható.)
k: melyek a tipikus s-paraméter eredmények?
A: nincsenek “tipikus” eredmények, de érdekes megnézni néhány “idealizált” esetet (3.ábra).
k: ki készít VNAs-t?
V: sok eladó van; ezek közé tartozik a Keysight, az Anritsu, a Rohde & Schwarz, A Polar Instruments, a Saelig corp., a National Instruments és a Tektronix. Számos kevésbé ismert VNA-gyártó is létezik az alacsonyabb frekvenciákra, ahol az alapul szolgáló VNA technológia és kalibrálás nem olyan bonyolult (de még mindig meglehetősen fejlett; ez csak egy relatív összehasonlítás). Egy önálló VNA ára 5000 és 50 000 dollár között van, a frekvenciától és a teljesítménytől függően.
ez a Keysight E5061B ENA Vector Network Analyzer ($29,000) akár 3 GHz-es teszteket is képes kezelni, és 120 dB dinamikus tartományt tartalmaz – ez a pontos eredmények fontos érdeme. Az előlapon lévő két port GHz-es csatlakozóin keresztül mind az 50, mind a 75 db-os impedancia-elrendezést kezeli (4.ábra).
vannak olyan VNS-ek is, amelyek elülső dobozt használnak az RF/mikrohullámú funkciókhoz az USB-porton keresztül csatlakoztatott számítógéppel együtt. Például a Tektronix TTR500 ($9,000) egy 100 kHz-6 GHz VNA több mint 122 dB dinamikatartomány, -50 – +7 DBM kimeneti teljesítmény és < 0,008 dB RMS nyomzaj, (5. ábra).
általánosságban elmondható, hogy a nagy teljesítményű VNS-ek (a frekvenciatartomány, a dinamikatartomány, a zajszint és más specifikációk alapján) az RF tesztberendezések drágább osztályai közé tartoznak. Egyes VNS-ek képesek egy time domain reflectometriás (TDR) mérést is elvégezni, amely lehetővé teszi a VNA-mérésekkel való összehasonlítást és korrelációt.
K: látom a hordozható hálózati analizátoroknak nevezett teszteszközöket, amelyeket néhány ezer dollárért kínálnak – használhatom ezeket itt?
A: attól függ. Ennek az az oka, hogy a “network analyzer” kifejezés egy nem kapcsolódó eszközre is utal, amely ellenőrzi az adatkapcsolat vagy adathálózat teljesítményét, és olyan adatokat szolgáltat, mint a bit error rate (ber) versus SNR. De vannak alacsonyabb költségű, robusztus vektorhálózati analizátorok, amelyek elvégezhetik a méréseket a terepen. Ezeket az RF / mikrohullámú technikusok használják a beállításhoz, beállításhoz és hibaelhárításhoz, de általában nem megfelelőek a kezdeti tervezési erőfeszítésekhez.
(vegye figyelembe, hogy a “network analyzer” kifejezést ritkán rövidítik “NA” – ként, mivel ez utalhat kommunikációs hálózatokra vagy akár optikai paraméterekre is, például numerikus apertúrára, míg a vector network analyzer-t gyakran VNA-nak hívják-ez csak egy ilyen dolog.)
k: ez egyértelműnek tűnik, de a VNA, de mi a valóság?
A: először is, az amplitúdó és a fázis mérése magasabb frekvenciákon kihívást jelent, és egyre inkább növekszik a frekvencia növekedésével. S-paraméterek esetén a mérési elrendezés enyhe hibái vagy egyensúlyhiánya jelentős hibákat eredményezhet a végeredményben; a vizsgálati eredmények nagyon érzékenyek a teszt hiányosságaira.
Q Milyen típusú hibák vannak?
A: A VNA hibáknak három széles típusa van: rendszerhibák az analizátorban és a tesztbeállításban; ezek konzisztensek és bizonyos mértékig kalibrálhatók; véletlenszerű hibák műszer zaj (forrás fáziszaj, mintavevő zaj, ha zaj, stb.); és sodródási hibák, amelyeket elsősorban a hőmérséklet-változás okoz; kalibrálással is eltávolítható).
k: a jobb eszközök (sebesség, pontosság, zaj) fejlesztése mellett mit lehet tenni?
A: mivel az s-paraméterek mérése érzékeny a belső hibákra, a VNS-eket általában egy speciális kalibráló lámpatesttel használják, amely ismert “terhelésből áll.”Ez nem csak egy egyszerű ellenállás vagy más passzív eszköz. Ez egy gondosan megtervezett és megtervezett, ismert jellemzőkkel rendelkező szerelvény, amely elektromosan illesztett kábelpárokon keresztül csatlakozik a VNA-hoz, az érdeklődésre számot tartó frekvenciának megfelelő RF csatlakozókkal.
ezzel a lámpatesttel a VNA kalibrálható, és még a hőmérséklet miatti teljesítményváltozások is kalibrálhatók és kompenzálhatók. Minden kalibráló lámpatest maximális frekvenciáig használható, mint például a magasabb frekvenciák költségesebbek, mint az alacsonyabbaké. A kalibrálási beállítások és szekvenciák lehetnek manuális műveletek, de ma már sok olyan automatikus művelet, amely rögzíti az eredményeket és végrehajtja a szükséges korrekciós tényezőket.
például a Keysight 85096C RF elektronikus kalibráló modult 300 kHz-től 3 GHz-ig történő működésre tervezték (6. ábra); N típusú, 75 ohmos, 2 portos csatlakozásokat tartalmaz, és nyomon követhető a NIST kalibráláshoz. Ez egy USB interfészt tartalmaz a PC vezérléséhez, valamint a szilárdtest kapcsolást, így szükség szerint konfigurálható a kalibrálási folyamat során.
K: S-a paraméterek a frekvenciatartományra vonatkoznak, de a munkám időbeli tartományhoz is kapcsolódik-milyen lehetőségeim vannak?
A: két lehetőség van. Az egyik a VNA kimenet frekvenciaadatainak konvertálása az időtartományba egy inverz gyors Fourier-transzformáció (FFT). A másik egy oszcilloszkóp használata és az adatok rögzítése közvetlenül az időtartományban egy time domain reflectometry (TDR) oszcilloszkóp segítségével. Ez az eszköz gyors lépéshullámot (lépésgenerátort) használ, minimális túllépéssel, széles sávú Vevővel (mintavevővel) együtt a lépésválasz mérésére. Vannak kombinált VNA/TDR eszközök is, mivel az áramkörök nagy része és a fizikai interfészek hasonlóak.
k: melyik a jobb: a VNA FFT-vel, vagy a TDR megközelítés?
A: A válasz számos tényezőtől függ, mint például az érdeklődés gyakorisága, sávszélesség, zajszint, dinamikus tartomány, hogy csak néhányat említsünk.
K: korábban említették a Smith-diagramot; mi a kapcsolat az s-paraméterek és a Smith-diagram között?
V: A Smith diagram az RF eszköz vagy csatorna impedanciájának leggyakrabban használt grafikus ábrázolása a frekvenciával szemben — és az 1920-as évek közepe óta használatos.bár kezdetben papíron ábrázolták, természetesen most egy VNA vagy TDR eszköz képernyőjén is megjelenik. Az s-paraméterek közvetlenül a Smith-diagramra jelölhetők, hogy jelentős betekintést nyerjenek az összetevők és a rendszer attribútumaiba (7.ábra).
ez a GYIK röviden tárgyalt egy nagyon bonyolult, de fontos téma az s-paraméterek és a kapcsolódó kérdések. Számos jó referencia áll rendelkezésre, kezdve az akadémiai és tankönyv típusú kezelésektől a szállítói alkalmazási jegyzetekig, valamint az informális, kevésbé intenzív magyarázatokig.
EE World Online referenciák
impedancia-illesztés és a Smith – diagram, 1. rész
impedancia-illesztés és a Smith-diagram, 2. rész
nyomtatott Áramköri lapok, 4. rész: az FR-4-en túl
passzív mikrohullámú alkatrészek, 1. rész: leválasztók és keringetőszivattyúk
passzív mikrohullámú alkatrészek, 2. rész: csatlakozók és osztók
a gyors összekapcsolási elemző idő-és frekvenciatartományt tár fel részletek egyetlen beszerzésben
Terheléshúzás RF eszközökhöz, 2. rész: Hogyan és hol
alacsony költségű Vektor hálózati analizátor kiterjed akár 6 GHz
VNS-ek frissített időtartomány, szemdiagram eszközök
Egyéb hivatkozások
- Electrical4U, “hibrid paraméterek vagy h paraméterek”
- Keysight Technologies, ” S-paraméter mérések: Alapjai nagy sebességű digitális mérnökök”
- IEEE Aerospace Conference Proceedings, “zene algoritmus DoA becslés kooperatív csomópont helyét a mobil ad hoc hálózatok”
- IN3OTD weboldal, “Mitsubishi RD16HHF1 LDMOS Modell S-paraméterek 50 MHz-től 500 MHz-ig”
- Mikrohullámok101, “S-paraméterek”
- Marki mikrohullámú, “mi az alku az S-paraméterekkel van?”
- Megfelelésben ” S-Paraméterek Bemutató-I. Rész: Alapvető háttér “
- University of South Florida (via Northern Arizona University), “S-paraméterek”
- Tektronix, ” mi a vektor hálózati elemző és hogyan működik?”