care sunt aplicațiile și măsurătorile parametrilor S? (Partea 2)
Partea 1 a acestui FAQ a fost o introducere de bază în contextul și conceptul de s-parametri. Partea 2 se uită la măsurarea și aplicarea lor și relația cu domeniul de timp.
Î: Cum măsurați de fapt parametrii s?
A: în general, cu excepția măsurătorilor aproximative, nu puteți utiliza un analizor de spectru singur pentru acest test de domeniu de frecvență. În schimb, există două clase dedicate, specifice de instrumente: analizorul de rețea, care poate configura și măsura parametrii s scalari, și analizorul de rețea vectorială (VNA), care măsoară și parametrii s vectori (reali și imaginari) (Figura 1).
diferite instrumente sunt disponibile pentru o varietate de intervale de frecvență maximă, cum ar fi până la 1 GHz, 10 GHz și chiar în zeci de GHz. Desigur, costul crește cu fiecare creștere a intervalului. Există, de asemenea, analizoare cu 4 porturi pentru circuite diferențiale.
Î: Care este configurația fizică folosind un VNA?
A: VNA folosește o undă sinusoidală precisă și mătură frecvența pe măsură ce un receptor cu bandă îngustă urmărește răspunsul de intrare măturat. Acest receptor cu bandă îngustă realizează zgomot redus și o gamă dinamică ridicată a VNA. Pare destul de simplu, dar există multe subtilități și complexități în arhitectura internă, componente și efectuarea efectivă a măsurătorilor. Așa cum se arată în (Figura 2), s-parametrii S11 = a/R1 și S21=B/R1, și sunt determinate prin măsurarea magnitudinea și faza incidentului (R1), reflectate (a) și transmise (B) semnale de tensiune atunci când ieșirea este terminată într-un zo perfectă, impedanța caracteristică a sistemului de testare.
datorită acestei condiții de configurare, se garantează că R2 este zero, deoarece nu există nicio reflectare dintr-o sarcină ideală. (Reamintim că S11 este echivalent cu coeficientul de reflexie complex de intrare sau impedanța DUT, iar S21 este coeficientul de transmisie complex înainte.) În mod similar, prin plasarea sursei la portul 2 și terminarea portului 1 într-o sarcină perfectă (făcând R1 zero), atunci se pot face măsurători S22 (=B/R2) și S12 (=a/R2). (din nou, reamintim că S22 este echivalent cu coeficientul de reflexie complex de ieșire sau impedanța de ieșire a DUT, iar S12 este coeficientul de transmisie complex invers.)
Î: Care sunt câteva rezultate tipice ale parametrilor s?
A: nu există rezultate” tipice”, dar este interesant să analizăm unele cazuri” idealizate ” (Figura 3).
Î: cine face VNAs?
A: există mulți furnizori; printre acestea se numără Keysight, Anritsu, Rohde & Schwarz, Polar Instruments, Saelig corp., National Instruments și Tektronix. Există, de asemenea, mulți furnizori mai puțin cunoscuți de VNAs pentru frecvențele inferioare în care tehnologia VNA de bază și calibrarea nu sunt la fel de complicate (dar este încă destul de avansată; este doar o comparație relativă). Un VNA independent costă între $5000 și $ 50,000 în funcție de frecvență și performanță.
acest analizor de rețea Vector Keysight E5061B ENA (29.000 USD) gestionează teste de până la 3 GHz și oferă 120 dB de gamă dinamică-o figură importantă de merit pentru rezultate precise. Se ocupă atât de aranjamentele de impedanță 50, cât și de cele 75 de impedanțe de la 75 prin conectorii din clasa GHz pentru cele două porturi de pe panoul frontal (Figura 4).
există, de asemenea, VNA-uri care utilizează o cutie frontală pentru funcțiile RF/microunde împreună cu un PC conectat printr-un port USB. De exemplu, Tektronix TTR500 ($9,000) este un 100 kHz la 6 GHz VNA cu peste 122 dB interval dinamic, -50 la +7 dBm putere de ieșire, și < 0.008 dB RMS urme de zgomot, (Figura 5).
în general, VNA-urile de înaltă performanță (determinate de gama de frecvențe, gama dinamică, podeaua de zgomot și alte specificații) se numără printre cele mai scumpe clase de echipamente de testare RF. Unele VNA – uri pot efectua, de asemenea, o măsurare a reflectometriei domeniului de timp (TDR), care permite compararea și corelarea cu măsurătorile VNA.
Î: văd instrumente de testare numite analizoare de rețea portabile oferite pentru câteva mii de dolari – pot să le folosesc aici?
A: depinde. Motivul este că termenul” analizor de rețea ” se referă, de asemenea, la un instrument fără legătură care verifică performanța unei legături de date sau a unei rețele de date și furnizează date precum rata de eroare de biți (BER) versus SNR. Dar există analizoare de rețea vectoriale cu costuri mai mici, robuste, care pot efectua măsurătorile pe teren. Acestea sunt utilizate de tehnicienii RF / microunde pentru configurare, reglare și depanare, dar de obicei nu sunt adecvate pentru eforturile inițiale de proiectare.
(rețineți că termenul „analizor de rețea” este rareori abreviat ca „NA”, deoarece se poate referi și la rețelele de comunicații sau chiar la parametrii optici, cum ar fi diafragma numerică, în timp ce analizorul de rețea vectorială este adesea numit VNA – este doar unul dintre aceste lucruri.)
Î: acest lucru pare simplu unul tu, dar VNA, dar care sunt realitățile?
A: În primul rând, orice măsurare a amplitudinii și fazei la frecvențe mai mari este o provocare și devine mai mare pe măsură ce frecvența crește. Pentru parametrii s, Erorile ușoare sau dezechilibrele în aranjamentul de măsurare pot duce la erori semnificative în rezultatul final; rezultatele testului sunt foarte sensibile la imperfecțiunile testului.
Q Care sunt tipurile de erori?
A: există trei tipuri largi de erori VNA: erori de sistem în analizor și configurarea testului; acestea sunt consecvente și pot fi calibrate într-o oarecare măsură; erori aleatorii zgomot instrument (zgomot de fază sursă, zgomot de eșantionare, dacă zgomot și multe altele); și erori de drift, care sunt cauzate în principal de variația temperaturii; de asemenea, poate fi eliminat prin calibrare).
Î: pe lângă dezvoltarea unor instrumente mai bune (viteză, precizie, zgomot), ce se poate face?
A: deoarece măsurătorile parametrilor s sunt sensibile la erorile interne, VNAs sunt de obicei utilizate cu un dispozitiv special de calibrare, care constă dintr-o „sarcină” cunoscută.”Acesta nu este doar un simplu rezistor sau alt dispozitiv pasiv. Este un dispozitiv proiectat și proiectat cu caracteristici cunoscute și este conectat la VNA prin perechi de cabluri potrivite electric, cu conectori RF potriviți pentru frecvența de interes.
folosind acest dispozitiv, VNA poate fi calibrat și chiar schimbările de performanță datorate temperaturii pot fi calibrate și compensate. Fiecare dispozitiv de calibrare este proiectat pentru utilizare până la o frecvență maximă, cum ar fi cele pentru frecvențe mai mari sunt mai costisitoare decât cele pentru cele mai mici. Setările și secvențele de calibrare pot fi operații manuale, dar multe sunt acum operații automate care înregistrează rezultatele și implementează factorii de corecție necesari.
de exemplu, modulul de calibrare electronică RF Keysight 85096C este proiectat pentru funcționarea de la 300 kHz la 3 GHz (Figura 6); include conexiuni de tip N, 75 ohmi, 2 porturi și poate fi urmărit la calibrarea NIST. Se compune dintr-o interfață USB pentru controlul PC-ului, împreună cu comutarea în stare solidă, astfel încât să poată fi configurată după cum este necesar în timpul procesului de calibrare.
î: parametrii S sunt pentru domeniul de frecvență, dar munca mea este, de asemenea, legată de domeniul de timp-care sunt opțiunile mele?
A: există două opțiuni. Una este de a converti datele de frecvență ale ieșirii VNA în domeniul timpului printr-o transformare Fourier rapidă inversă (FFT). Cealaltă este utilizarea unui osciloscop și captarea datelor direct în domeniul de timp printr-un osciloscop de reflectometrie a domeniului de timp (TDR). Acest instrument utilizează o formă de undă rapidă (generator de trepte) cu depășire minimă împreună cu un receptor de bandă largă (sampler) pentru a măsura răspunsul pasului. Există, de asemenea, instrumente VNA/TDR combinate, deoarece o mare parte din circuite, iar interfețele fizice sunt similare.
Î: Care este mai bine: VNA cu FFT sau abordarea TDR?
A: răspunsul depinde de mai mulți factori, cum ar fi frecvența de interes, lățime de bandă, nivelurile de zgomot, interval dinamic, pentru a cita doar câteva.
Î: a existat o mențiune a diagramei Smith mai devreme; care este relația dintre parametrii S și diagrama Smith?
A: diagrama Smith este cea mai utilizată reprezentare grafică a impedanței unui dispozitiv RF sau a unui canal față de frecvență-și a fost utilizată de la mijlocul anilor 1920. deși grafic inițial pe hârtie, desigur, acum este prezentat și pe ecranul unui instrument VNA sau TDR. Parametrii s pot fi marcați direct pe diagrama Smith pentru o perspectivă semnificativă asupra atributelor componentelor și sistemului (Figura 7).
acest FAQ a acoperit pe scurt un subiect foarte complicat, dar important, al parametrilor s și al problemelor conexe. Există multe referințe bune disponibile, de la tratamente academice și de tip manual până la note de aplicație pentru furnizori, precum și explicații informale, mai puțin intense.
referințe EE World Online
potrivirea impedanței și diagrama Smith, Partea 1
potrivirea impedanței și diagrama Smith, Partea 2
plăci cu circuite imprimate, Partea 4: dincolo de FR-4
componente pasive cu microunde, Partea 1: izolatoare și Circulatoare
componente pasive cu microunde, Partea 2: cuploare și separatoare
analizorul de interconectare rapidă dezvăluie domeniul timpului și frecvenței detalii într – o singură achiziție
tragere de sarcină pentru dispozitive RF, Partea 2: Cum și unde
Analizor de rețea Vector Low-Cost acoperă până la 6 GHz
VNAs obține domeniu de timp actualizat, instrumente diagrama ochi
alte referințe
- Electrical4U, „parametrii hibrid sau parametrii h”
- Keysight Technologies, ” măsurători s-parametru: Noțiuni de bază pentru ingineri digitale de mare viteză”
- IEEE Aerospace Conference Proceedings, „algoritmul de muzică Doa estimare pentru locație nod de cooperare în rețelele mobile ad-hoc”
- IN3OTD site-ul web, „Mitsubishi RD16HHF1 LDMOS model S-parametrii de la 50 MHz la 500 MHz”
- Microwaves101, „s-parametrii”
- Marki microunde, „care-i treaba cu parametrii s?”
- În Conformitate, ” S-Parametrii Tutorial-Partea I: Context Fundamental ”
- Universitatea din Florida de Sud (prin Northern Arizona University), „s-parametri”
- Tektronix, „ce este un analizor de rețea Vector și cum funcționează?”