quais são as aplicações e medições dos parâmetros S? (Parte 2)
a parte 1 deste FAQ foi uma introdução básica ao contexto e ao conceito de parâmetros S. A parte 2 analisa sua medição, aplicação e relação com o domínio do tempo.
P: Como você realmente mede os parâmetros s?
A: em geral, exceto para medições aproximadas, você não pode usar um analisador de espectro sozinho para este teste de domínio de frequência. Em vez disso, existem duas classes específicas de instrumentos dedicadas: o analisador de rede, que pode configurar e medir os parâmetros s escalares, e o analisador de rede vetorial (VNA), que também mede os parâmetros s vetoriais (reais e imaginários) (Figura 1).
diferentes instrumentos estão disponíveis para uma variedade de faixas de frequência máximas, como até 1 GHz, 10 GHz e até mesmo dezenas de GHz. Claro, o custo aumenta a cada aumento no intervalo. Existem também analisadores de 4 portas para circuitos diferenciais.
P: Qual é a configuração física usando um VNA?
A: o VNA usa uma onda senoidal precisa e varre a frequência como um receptor de banda estreita rastreia a resposta de entrada varrida. Este receptor de banda estreita atinge baixo ruído e alta faixa dinâmica do VNA. Parece bastante simples, mas há muitas sutilezas e complexidades na arquitetura interna, componentes e, na verdade, na realização das medições. Como mostrado na (Figura 2), s-parâmetros S11 = A/R1 e S21=B/R1, e são determinadas medindo-se a magnitude e a fase do incidente (R1), refletida (A) e transmitida (B) sinais de tensão quando a saída é finalizada em um perfeito Zo, a impedância característica do sistema de teste.
devido a esta condição de configuração, é garantido que R2 é zero, uma vez que não há reflexo de uma carga ideal. (Lembre-se de que S11 é equivalente ao coeficiente de reflexão complexo de entrada ou Impedância do DUT, e S21 é o coeficiente de transmissão complexo para frente.) Da mesma forma, colocando a fonte na porta 2 e terminando a porta 1 em uma carga perfeita (fazendo R1 zero), então as medições S22 (=B/R2) e S12 (=A/R2) podem ser feitas. (novamente, lembre-se de que S22 é equivalente ao coeficiente de reflexão complexo de saída ou impedância de saída do DUT, e S12 é o coeficiente de transmissão complexo reverso.)
P: Quais são alguns resultados típicos do parâmetro s?
A: não há resultados “típicos”, mas é interessante olhar para alguns casos” idealizados ” (Figura 3).
p: quem faz VNAs?
A: existem muitos fornecedores; entre eles estão Keysight, Anritsu, Rohde & Schwarz, Polar Instruments, Saelig Corp., National Instruments e Tektronix. Existem também muitos fornecedores menos conhecidos de VNAs para as frequências mais baixas, onde a tecnologia e calibração VNA subjacentes não são tão complicadas (mas ainda é bastante avançada; é apenas uma comparação relativa). Um VNA autônomo custa entre US $5000 e US $ 50.000, dependendo da frequência e do desempenho.
Este analisador de rede vetorial Keysight E5061B ENA ($29.000) lida com testes de até 3 GHz e possui 120 dB de faixa dinâmica-uma figura importante de mérito para resultados precisos. Ele lida com arranjos de impedância de 50 Ω e 75 Ω através dos conectores de classe GHz para as duas portas no painel frontal (Figura 4).
há também VNAs que usam uma caixa de front-end para as funções RF/microondas em conjunto com um PC conectado através de uma porta USB. Por exemplo, o Tektronix TTR500 ($9.000) é um VNA de 100 kHz a 6 GHz com faixa dinâmica de mais de 122 dB, Potência de saída de -50 a +7 dBm e ruído de rastreamento RMS < 0,008 dB, (Figura 5).
em geral, VNAs de alto desempenho (conforme determinado pela faixa de freqüência, faixa dinâmica, Piso de ruído e outras especificações) estão entre a classe mais cara de equipamento de teste de RF. Alguns VNAs também podem realizar uma medição de reflectometria de domínio de tempo( TDR), que permite comparação e correlação com as medições de VNA.
P: vejo instrumentos de teste chamados analisadores de rede portáteis oferecidos por alguns milhares de dólares-posso usá-los aqui?
A: Depende. O motivo é que o termo “analisador de rede” também se refere a um instrumento não relacionado que verifica o desempenho de um link de dados ou rede de dados e fornece dados como taxa de erro de bit (ber) versus SNR. Mas existem analisadores de rede vetorial de baixo custo e robustez que podem realizar as medições no campo. Estes são usados por técnicos de RF/microondas para configuração, ajuste e Solução de problemas, mas geralmente não são adequados para os esforços iniciais de design.
(observe que o termo “analisador de rede” raramente é abreviado como” NA”, pois isso também pode se referir a redes de comunicação ou mesmo parâmetros ópticos, como abertura numérica, enquanto o analisador de rede vetorial é freqüentemente chamado de VNA – é apenas uma dessas coisas.)
Q: este parece simples um você, mas o VNA, mas quais são as realidades?
A: Primeiro, qualquer medição de amplitude e fase em frequências mais altas é desafiadora e fica mais à medida que a frequência aumenta. Para parâmetros s, pequenos erros ou desequilíbrios no arranjo de medição podem resultar em erros significativos no resultado final; os resultados do teste são altamente sensíveis às imperfeições do teste.
Q Quais são os tipos de erros?
A: Existem três tipos amplos de erros VNA: erros do sistema no analisador e configuração do teste; estes são consistentes e podem ser calibrados até certo ponto; erros aleatórios ruído do instrumento (ruído da fase da fonte, ruído do amostrador, se ruído e muito mais); e erros de deriva, que são causados principalmente pela variação de temperatura; também pode ser removido por calibração).
Q: além de desenvolver melhores instrumentos (velocidade, Precisão, ruído), o que pode ser feito?
A: como as medições dos parâmetros s são sensíveis a erros internos, os VNAs geralmente são usados com um dispositivo de calibração especial, que consiste em uma “carga” conhecida.”Este não é apenas um resistor simples ou outro dispositivo passivo. É um dispositivo elétrico com cuidado projetado e projetado com características conhecidas, e é conectado ao VNA através dos pares eletricamente combinados do cabo, com os conectores do RF apropriados para a frequência do interesse.
usando este dispositivo elétrico, o VNA pode ser calibrado, e mesmo as mudanças no desempenho devido à temperatura podem ser calibradas e compensadas. Cada dispositivo elétrico da calibração é projetado para o uso até uma frequência máxima, como aqueles para umas frequências mais altas é mais caro do que aqueles para umas mais baixas. As configurações e sequências de calibração podem ser operações manuais, mas muitas agora são operações automáticas que registram resultados e implementam os fatores de correção necessários.Por exemplo, o módulo de calibração eletrônica Keysight 85096C RF foi projetado para operação de 300 kHz a 3 GHz (Figura 6); inclui Tipo-N, 75 ohms, conexões de 2 portas e é rastreável para calibração NIST. Consiste em uma relação de USB para o controle do PC junto com o interruptor de circuito integrado assim que pode ser configurado como necessário durante o processo da calibração.
p: os parâmetros S são para o domínio de frequência, mas meu trabalho também está relacionado ao Domínio do tempo-quais são minhas opções?
A: existem duas opções. Uma é converter os dados de frequência da saída VNA para o domínio do tempo por meio de uma transformação inversa rápida de Fourier (FFT). O outro é usar um osciloscópio e capturar os dados diretamente no domínio do tempo por meio de um osciloscópio de reflectometria de domínio do tempo (TDR). Este instrumento usa uma forma de onda rápida da etapa (gerador da etapa) com overshoot mínimo junto com um receptor wideband (amostrador) para medir a resposta da etapa. Existem também instrumentos VNA/TDR combinados, uma vez que grande parte dos circuitos e interfaces físicas são semelhantes.
Q: Qual é melhor: o VNA com FFT ou a abordagem TDR?
A: a resposta depende de muitos fatores, como frequência de interesse, largura de banda, níveis de ruído, faixa dinâmica, para citar apenas alguns.
P: houve alguma menção ao gráfico Smith anteriormente; Qual é a relação entre os parâmetros s e o gráfico Smith?
A: o gráfico Smith é a representação gráfica mais usada da impedância de um dispositivo de RF ou canal versus frequência — e está em uso desde meados da década de 1920. embora traçado inicialmente no papel, é claro, agora também é apresentado na tela de um instrumento VNA ou TDR. Os parâmetros s podem ser marcados diretamente no gráfico Smith para obter uma visão significativa dos atributos do componente e do sistema (Figura 7).
este FAQ abordou brevemente um tópico muito complicado, mas importante, de parâmetros s e questões relacionadas. Existem muitas boas referências disponíveis, desde tratamentos acadêmicos e do tipo livro didático até notas de aplicativos de fornecedores, bem como explicações informais e menos intensas.
EE Mundo On-line Referências
Impedância de correspondência e o Smith chart, Parte 1
Impedância de correspondência e o Smith Chart, Parte 2
Placas de Circuito Impresso, Parte 4: Além de FR-4
Passivo micro-ondas componentes, Parte 1: os isoladores e circuladores
Passivo micro-ondas componentes, Parte 2: acopladores e divisores
Rápido de interconexão analisador revela de tempo e domínio da frequência, detalhes em uma única aquisição
Carregar puxar para dispositivos de RF, Parte 2: Como e onde
Baixo Custo Analisador de Rede Vetorial cobre até 6 GHz
VNAs atualizado no domínio do tempo, olho diagrama de ferramentas
Referências
- Electrical4U, “Híbrido Parâmetros ou Parâmetros h”
- Keysight Tecnologias, “Medições de parâmetros S: Noções básicas para a Alta Velocidade Digital Engenheiros”
- IEEE Aeroespacial Anais da Conferência, “a MÚSICA algoritmo DoA a estimativa da cooperativa nó local em mobile ad hoc networks”
- IN3OTD web site, “Mitsubishi RD16HHF1 LDMOS modelo S-parâmetros de 50 MHz a 500 MHz”
- Microwaves101, “S-parâmetros”
- Marki micro-ondas, “Qual é o negócio com os parâmetros S?”
- Em Conformidade, ” S-Parâmetros Tutorial-Parte I: Fundo Fundamental ”
- Universidade do Sul da Flórida (via Northern Arizona University),”s-Parameters”
- Tektronix, ” o que é um analisador de rede vetorial e como funciona?”