Analisi di rete

Gli analizzatori di rete caratterizzano i dispositivi a radiofrequenza (RF). Sebbene all'inizio si limitassero a misurare i parametri S, gli analizzatori di rete sono diventati altamente integrati e avanzati per rimanere al passo con i dispositivi che testano.

I circuiti RF richiedono metodi di test unici. La tensione e la corrente sono difficili da misurare direttamente alle alte frequenze, quindi i componenti devono essere caratterizzati dalla loro risposta ai segnali RF. Gli analizzatori di rete effettuano queste caratterizzazioni inviando segnali noti a un dispositivo ed effettuando misure di rapporto tra i segnali di ingresso e di uscita.

I primi analizzatori di rete misurano solo la magnitudine. Questi analizzatori di rete scalari misurano la perdita di ritorno, il guadagno, il rapporto di onde stazionarie e altre misure basate sulla magnitudine.

Oggi la maggior parte degli analizzatori di rete sono analizzatori di rete vettoriali, che misurano sia la magnitudine che la fase. Gli analizzatori di rete vettoriali sono strumenti estremamente versatili, in grado di caratterizzare i parametri S, abbinare impedenze complesse, effettuare misure nel dominio del tempo e altro ancora.

Questo diagramma a blocchi di alto livello di una misura mostra un segnale che viene inviato in avanti attraverso il dispositivo in esame (DUT) dall'ingresso all'uscita. Le misure che attraversano l'ingresso di un dispositivo fino all'uscita sono chiamate misure in avanti.

I ricevitori dell'analizzatore di rete misurano i segnali incidenti, riflessi e trasmessi per calcolare i parametri S di andata.

Le misure RF sono estremamente sensibili. I cavi di prova, i connettori e le attrezzature influenzano la misura. Si vuole caratterizzare il DUT, non il DUT e i cavi che lo collegano all'analizzatore di rete.

Per impostazione predefinita, gli analizzatori di rete considerano il DUT tutto ciò che si trova oltre le porte di test. Questa considerazione significa che il piano di riferimento dell'analizzatore di rete è in corrispondenza delle porte di test. Tutto ciò che si trova oltre il piano di riferimento è incluso nella misura.

Queste figure illustrano il piano di riferimento prima e dopo la calibrazione. Prima della calibrazione, tutto ciò che si trova al di là delle porte dell'analizzatore di rete, compresi cavi e connettori, è incluso nella misura.

Dopo la calibrazione, il piano di riferimento si è spostato, quindi l'analizzatore di rete corregge i cavi e i connettori e misura solo il DUT. A un livello molto alto, la calibrazione di cavi e connettori è analoga all'azzeramento di una bilancia per la tara.

I due metodi più comuni di calibrazione sono Thru, Reflect, Line (TRL) e Short, Open, Load, Thru (SOLT). Questi metodi sono diverse combinazioni di misure di impedenza e trasmissione utilizzate per caratterizzare i cavi e i dispositivi per la calibrazione.

Queste tecniche di calibrazione prevedono il collegamento di standard con proprietà note al setup di misura al posto del DUT. L'analizzatore di rete può applicare le correzioni per i cavi e i connettori confrontando le misure con i valori degli standard.

Tradizionalmente, la calibrazione viene eseguita con standard meccanici. L'operatore effettuava singolarmente ogni connessione e lasciava che lo strumento eseguisse la misura. Una calibrazione completa a due porte richiede sette connessioni meccaniche. Questo processo richiede molto tempo e crea possibilità di errore per l'utente.

I moduli di calibrazione elettronica possono replicare elettronicamente i diversi tipi di carico con un solo collegamento. La calibrazione elettronica è rapida, ripetibile e limita l'usura dei connettori.

I VNA sono così versatili che una guida per ogni tipo di misura richiederebbe un sito web a sé stante, ma vediamo come i fondamenti qui discussi si applicano a ogni misura.

Fase 1: Impostazione della misurazione

I VNA eseguono tutti i tipi di misure, ma di solito è necessario impostare una sorta di sweep. I parametri principali di uno sweep sono la frequenza iniziale e finale, la potenza e la larghezza di banda IF.

Frequenza di avvio e di arresto

• Questi valori determinano i limiti dello sweep di frequenza.
• Scegliere i valori che riflettono appieno il comportamento del dispositivo.
• Impostare la frequenza centrale e l'intervallo della scansione se si conosce il punto in cui si vuole centrare la misura.

Potenza

• Questo valore determina il livello di potenza del segnale di test inviato al DUT.
• Utilizzare la massima potenza della sorgente per i dispositivi passivi, ad esempio i filtri.
• Limitare la potenza per evitare la compressione nel DUT o nel VNA per i dispositivi attivi.
• Migliorare il rapporto segnale/rumore con un livello di potenza superiore

Larghezza di banda IF

• Scegliere una larghezza di banda che offra la risoluzione necessaria a un livello di velocità accettabile.
• Utilizzare una larghezza di banda IF più piccola per una migliore risoluzione di misura; il compromesso è una velocità di misura inferiore

Fase 2: calibrazione

La calibrazione è essenziale per effettuare misure accurate, ma prima è necessario testare la configurazione di misura.

Passi:

1. Collegare il dispositivo ed eseguire una misurazione non calibrata.
2. Regolare la gamma di frequenze e la larghezza di banda IF per verificare che si stia catturando tutto ciò che è necessario vedere.
3. Verificare che il kit di calibrazione abbia lo stesso tipo e genere di connettore del DUT.
4. Collegare il kit di calibrazione alla configurazione per eseguire la calibrazione.
5. Dopo la calibrazione, si è pronti a ricollegare il dispositivo.
6. Ricalibrare se si modificano le impostazioni della gamma di frequenza o della larghezza di banda IF.

Suggerimento: utilizzare chiavi dinamometriche per effettuare i collegamenti, in modo da ottenere un Contattaci solido tra i conduttori senza danneggiarli. Far ruotare solo i dadi dei connettori; evitare di attorcigliare i conduttori l'uno contro l'altro.

Fase 3: Interpretare i risultati

I VNA dispongono di numerosi strumenti software che aiutano ad analizzare le misure, dai marcatori di larghezza di banda di 3 dB all'analisi del dominio del tempo. Scegliete il software e le funzioni giuste per le vostre misure per semplificare l'analisi.

Gli analizzatori di rete altamente integrati come il PNA dispongono di decine di applicazioni software per affrontare misure impegnative, come la caratterizzazione di dispositivi attivi e non lineari.