hva er applikasjoner Og målinger Av s-parametere? (Del 2)
Del 1 AV DENNE FAQ var en grunnleggende introduksjon til konteksten og begrepet s-parametere. Del 2 ser på deres måling og anvendelse og forhold til tidsdomenet.
Spørsmål: hvordan måler du faktisk s-parametere?
A: generelt, bortsett fra omtrentlige målinger, kan du ikke bruke en spektrumanalysator alene for denne frekvensdomenetesten. I stedet er det to dedikerte, spesifikke klasser av instrumenter: nettverksanalysatoren, som kan sette opp og måle skalar s-parametrene, og vector network analyzer (VNA), som også måler vektoren (ekte og imaginær) s-parametere (Figur 1).
ulike instrumenter er tilgjengelige for en rekke maksimale frekvensområder, for eksempel opptil 1 GHz, 10 GHz, og til og med i titalls GHz. Selvfølgelig går kostnaden opp med hver økning i rekkevidde. Det er også 4-port analysatorer for differensialkretser.
Spørsmål: hva er det fysiske oppsettet ved HJELP AV EN VNA?
A: VNA bruker en presis sinusbølge og feier frekvensen som en smalbåndsmottaker sporer den feide inngangsresponsen. Denne smalbåndsmottakeren oppnår lav støy og høy dynamisk rekkevidde AV VNA. Det ser enkelt ut, men det er mange finesser og kompleksiteter i den interne arkitekturen, komponentene og faktisk å gjøre målingene. Som vist i (Figur 2), s-parametere S11 = A/R1 Og S21=B/R1, og bestemmes ved å måle størrelsen og fasen av hendelsen (R1), reflektert (A) og overført (B) spenningssignaler når utgangen avsluttes i en perfekt Zo, den karakteristiske impedansen til testsystemet.
på grunn av denne oppsetttilstanden er det garantert At R2 er null siden det ikke er refleksjon fra en ideell belastning. (Husk At S11 er ekvivalent med den inngangskomplekse refleksjonskoeffisienten eller impedansen TIL DUT, Og S21 er den fremre komplekse overføringskoeffisienten.) På samme måte, ved å plassere kilden ved port 2 og avslutte port 1 i en perfekt belastning (gjør r1 null), Kan S22 (=B/R2) og S12 (=A/R2) målinger gjøres. (igjen, husk At S22 er ekvivalent med utgangskompleksrefleksjonskoeffisienten eller utgangsimpedansen TIL DUT, Og S12 er den omvendte komplekse overføringskoeffisienten.)
Q: Hva er noen typiske s-parameter resultater?
A: det finnes ingen «typiske» resultater, men det er interessant å se på noen «idealiserte» tilfeller(Figur 3).
Q: Hvem gjør Vna?
A: Det er mange leverandører; Blant dem Er Keysight, Anritsu, Rohde & Schwarz, Polar Instruments, Saelig Corp., National Instruments og Tektronix. Det er også mange mindre kjente leverandører Av Vna For de lavere frekvensene der den underliggende vna-teknologien og kalibreringen ikke er så komplisert (men det er fortsatt ganske avansert, det er bare en relativ sammenligning). En frittstående VNA koster mellom $5000 og $50 000 avhengig av frekvens og ytelse.
Denne Keysight E5061B Ena Vector Network Analyzer ($29 000) håndterer opptil 3 GHz-tester og har 120 dB dynamisk område – en viktig fortjeneste for nøyaktige resultater. Den håndterer både 50 Ω og 75 Ω impedansarrangementer via GHz – klasse-kontaktene for de to portene på frontpanelet(Figur 4).
Det er Også Vna som bruker en front-end boks FOR RF / mikrobølgeovn funksjoner i forbindelse MED EN PC koblet via EN USB-port. For Eksempel Er Tektronix TTR500 ($9000) en 100 kHz til 6 GHz VNA med over 122 dB dynamisk område, -50 til +7 dBm utgangseffekt og < 0.008 dB RMS sporstøy, (Figur 5).
generelt er høyytelses Vna (som bestemt av frekvensområde, dynamisk område, støygulv og andre spesifikasjoner) blant de dyrere klassen AV RF-testutstyr. Noen Vna kan også utføre en tid domene reflectometry (TDR) måling, som gjør det mulig for sammenligning og korrelasjon MED vna målinger.
Spørsmål: jeg ser testinstrumenter kalt bærbare nettverksanalysatorer som tilbys for noen få tusen dollar – kan jeg bruke dem her?
A: Det avhenger. Årsaken er at begrepet «nettverksanalysator» også refererer til et ikke-relatert instrument som kontrollerer ytelsen til en datalink eller datanettverk og gir data som bit error rate (BER) versus SNR. Men det er billigere, robuste vektornettverksanalysatorer som kan utføre målingene i feltet. DISSE brukes AV RF / mikrobølgeovn teknikere for oppsett, justering og feilsøking, men er vanligvis ikke tilstrekkelig for innledende design innsats.
(Merk at begrepet «nettverksanalysator» sjelden forkortes SOM «NA» siden det også kan referere til kommunikasjonsnettverk eller til og med optiske parametere som numerisk blenderåpning, mens vector network analyzer ofte kalles VNA – det er bare en av de tingene.)
Spørsmål: Dette virker grei en du, men VNA, men hva er realitetene?
A: for det Første er enhver måling av amplitude og fase ved høyere frekvenser utfordrende og blir mer ettersom frekvensen øker. For s-parametere kan små feil eller ubalanser i målearrangementet føre til betydelige feil i sluttresultatet; testresultatene er svært følsomme for testfeil.
Q Hva er typene feil?
A: det er tre brede TYPER vna-feil: systemfeil i analysatoren og testoppsettet; disse er konsistente og kan kalibreres til en viss grad; tilfeldige feil instrumentstøy (kildefasestøy, samplerstøy, HVIS støy og mer); og driftfeil, som hovedsakelig skyldes temperaturvariasjon; det kan også fjernes ved kalibrering).
Spørsmål: i tillegg til å utvikle bedre instrumenter (hastighet, presisjon, støy), hva kan gjøres?
A: Siden s-parametermålinger er følsomme for interne feil, Brukes Vna vanligvis med en spesiell kalibreringsarmatur, som består av en kjent «last».»Dette er ikke bare en enkel motstand eller annen passiv enhet. Det er en nøye utformet og konstruert armatur med kjente egenskaper, og den er koblet til VNA via elektrisk matchede kabelpar, MED RF-kontakter som passer for frekvensen av interesse.
ved hjelp AV denne fixturen KAN VNA kalibreres, og selv skiftene i ytelse på grunn av temperatur kan kalibreres og kompenseres. Hver kalibreringsarmatur er designet for bruk opp til en maksimal frekvens, som de for høyere frekvenser er dyrere enn de for lavere. Kalibreringsoppsett og sekvenser kan være manuelle operasjoner, men mange er nå automatiske operasjoner som registrerer resultater og implementerer de nødvendige korreksjonsfaktorene.
For eksempel Er Keysight 85096c RF Elektronisk Kalibreringsmodul designet for 300 kHz til 3 GHz-drift (Figur 6); det inkluderer Type-N, 75 ohm, 2-port tilkoblinger, og er sporbar TIL nist kalibrering. DEN består AV ET USB-grensesnitt FOR PC-kontroll sammen med solid state-bytte, slik at den kan konfigureres etter behov under kalibreringsprosessen.
Spørsmål: S-parametere er for frekvensdomenet, men arbeidet mitt er også tidsdomene relatert-hva er alternativene mine –
A: Det er to alternativer. Den ene er å konvertere frekvensdataene TIL VNA-utgangen til tidsdomenet via en invers fast Fourier transform (FFT). Den andre er å bruke et oscilloskop og fange dataene direkte i tidsdomenet via et tidsdomenreflektometri (TDR) oscilloskop. Dette instrumentet bruker en rask trinnbølgeform (trinngenerator) med minimal overskridelse sammen med en bredbåndsmottaker (sampler) for å måle trinnrespons. Det er ogsa kombinert VNA / TDR-instrumenter siden mye av kretsene, og fysiske grensesnitt er like.
Spørsmål: Hvilken ER bedre: VNA med FFT, eller TDR-tilnærmingen?
A: svaret avhenger av mange faktorer som frekvens av interesse, båndbredde, støynivå, dynamisk område, for å sitere bare noen få.
Spørsmål: Det var noen omtale Av Smith chart tidligere; hva er forholdet mellom s-parametere og Smith chart?
A: Smith-Diagrammet er den mest brukte grafiske representasjonen av impedansen til EN RF-enhet eller kanal versus frekvens-og har vært i bruk siden midten av 1920-tallet. Selv om det først ble plottet på papir, presenteres det selvfølgelig også på skjermen AV ET VNA-eller TDR-instrument. S-parametrene kan merkes direkte På Smith-diagrammet for betydelig innsikt i komponent – og systemattributter (Figur 7).
DENNE FAQ har kort dekket et svært komplisert, men viktig tema for s-parametere og relaterte problemer. Det er mange gode referanser tilgjengelig alt fra akademiske og lærebok-type behandlinger til leverandør søknad notater samt uformelle, mindre intense forklaringer.
EE World Online Referanser
Impedansmatching Og Smith-diagrammet, Del 1
Impedansmatching og Smith – Diagrammet, Del 2
Trykte Kretskort, Del 4: Utover FR-4
Passive mikrobølgekomponenter, Del 1: isolatorer og sirkulatorer
Passive mikrobølgekomponenter, Del 2: koblinger og splittere
Fast interconnect analyzer avslører tids-og frekvensdomenedetaljer i et enkelt oppkjøp
last trekk FOR RF-Enheter, Del 2: Hvordan og hvor
Low-Cost Vector Network Analyzer dekker opptil 6 GHz
Vna få oppdatert tid domene, øye diagram verktøy
Andre Referanser
- Electrical4U, «Hybrid Parametere eller H Parametere»
- Keysight Technologies, » S-Parameter Målinger: Grunnleggende For Høyhastighets Digitale Ingeniører»
- Ieee Aerospace Conference Proceedings, «MUSIKK algoritme DoA estimering for kooperativ node plassering i mobile ad hoc-nettverk»
- IN3OTD webområde, «Mitsubishi RD16HHF1 LDMOS modell s-parametere fra 50 MHz til 500 MHz»
- Mikrobølger101, «S-parametere»
- marki Mikrobølgeovn, «Hva er greia med s-parametere?»
- I Samsvar, » S-Parametere Tutorial-Del I: Grunnleggende Bakgrunn «
- University Of South Florida (Via Northern Arizona University),»S-Parametere «
- Tektronix, » Hva Er En Vektor Nettverksanalysator og hvordan fungerer Det?»