Name: Kalibrierung von Vector Network Analyzer für Messungen in Hochfrequenzausbreitungskanälen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-06-02T13:30:00.000+00:00
Duration: 10 min
Description: Erfahren Sie die Kalibrierung von Vektor-Netzwerkanalysatoren für präzise Hochfrequenzmessungen. Dieses Protokoll zeigt systematische Verfahren zur Optimierung der Messgenauigkeit bei RF-Gerätecharakterisierungen.

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Wir danken dem Defense Spectrum Office (DSO) für die Finanzierung dieser Arbeit.

<ol><li>Commerce Spectrum Management Advisory Committee. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%221755-1850+MHz+Airborne+Operations%3A+Air+Combat+Training+System+Sub-Working+Group+Final+Report%22">1755-1850 MHz Airborne Operations: Air Combat Training System Sub-Working Group Final Report</a>. , (2014).</li>
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<li>Anderson, C. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Design+and+Implementation+of+an+Ultrabroadband+Millimeter-Wavelength+Vector+Sliding+Correlator+Channel+Sounder+and+In-Building+Multipath+Measurements+at+2.5+%26+60+GHz%22">Design and Implementation of an Ultrabroadband Millimeter-Wavelength Vector Sliding Correlator Channel Sounder and In-Building Multipath Measurements at 2.5 & 60 GHz</a>. , Virginia Polytechnic Institute and State University. Master's Thesis (2002).</li>
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<li>Mini-Circuits. , Available from: 
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<li>Utiflex Flexible Microwave Cable Assemblies Brochure. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://rf.cdiweb.com/datasheets/micro-coax/UtiflexCableAssemblies.pdf">https://rf.cdiweb.com/datasheets/micro-coax/UtiflexCableAssemblies.pdf</a> 5(2019).</li>
<li>Smith Chart Explanation. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Smith_chart_explanation.svg">https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Smith_chart_explanation.svg</a> (2019).</li>
<li>Camell, D., Johnk, R. T., Novotny, D., Grosvenor, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free-Space+Antenna+Factors+through+the+Use+of+Time-Domain+Signal+Processing%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Intl.+Symp.+Electromag.+Compat%22%5BJournal%5D)">Free-Space Antenna Factors through the Use of Time-Domain Signal Processing.</a> IEEE Intl. Symp. Electromag. Compat. , (2007).</li>
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<li>Grosvenor, C., Camell, D., Koepke, G., Novotny, D., Johnk, R. T. Electromagnetic Airframe Penetration Measurements of a Beechcraft Premiere 1A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGrosvenor%2C+C+%22NIST+Technical+Note+1548%22">NIST Technical Note 1548</a>. , (2008).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Es ist wichtig, dass sich der VNA mindestens 0,5 h auf RT erwärmt (obwohl 1 h besser ist), bevor Kalibrierungen durchgeführt werden, was es allen internen Komponenten ermöglicht, zu RT zu kommen, was zu stabileren Kalibrierungen führt. Eine Kalibrierung kann mehrere Tage ohne großen Genauigkeitsverlust dauern; Die Kalibrierung wird jedoch täglich mit einem Kalibrierstandard überprüft, um die Integrität der Messung zu gewährleisten. Die Inspektion aller Systemkomponenten ist unerlässlich, damit fehlerhafte Steckverbinder die Genauigkeit des VNA nicht beschädigen. Es ist am besten, verlustarme Kabel mit dem VNA zu verwenden. Die Integrität der Kalibrierung muss vor der Messung einer Systemkomponente oder eines Prüfsteins überprüft werden. Jede Messung außerhalb der hier angegebenen Spezifikationen sollte wiederholt werden oder eine neue Kalibrierung erfordern. Schließlich ist die Verwendung der Herstellerspezifikationen zur Überprüfung der gemessenen DUT-Werte ein notwendiger Bestandteil der Validierung.
Die Verwendung des VNA als Messgerät hat seine Grenzen. Wenn der Prüfstand oder das System so große Verluste hat, dass die gemessenen S-Parameter unter den Geräuschboden des VNA fallen, kann er nicht mit dem VNA gemessen werden. Es ist möglich, den Geräuschboden zu senken, indem die IF-Bandbreite verringert und die Sweep-Zeit erhöht wird. Dies verlangsamt die Messerfassungszeit; Daher gibt es einen Kompromiss bei der Anpassung dieser Parameter. Der VNA kann keine Eingangsleistungen von mehr als 30 dBm verarbeiten, daher wird bei der Messung von Verstärkern eine interne oder externe Dämpfung verwendet. Der VNA hat eine Quelle und einen Empfänger, die sich im selben Gerät befinden, so dass er als Funkausbreitungsmesssystem verwendet wurde. Da sich Quelle und Empfänger im VNA befinden, muss der Sendeanschluss in gewisser Weise mit dem empfangenden Port verbunden werden. In der Regel geschieht dies mit Kabeln; Kabel sorgen jedoch für Verluste, wodurch der Dynamikbereich dessen, was gemessen werden kann, verringert wird. Darüber hinaus werden die Trennungsabstände begrenzt.
Die andere Methode, mit der Verluste gemessen werden können, ist die Verwendung eines Signalgenerators und eines Leistungsmessers. Der Leistungsmesser ist ein Skalarmessgerät, so dass er nur die Größe eines Signals messen kann. Es kann die Phase des Signals nicht überwachen, was zu weniger genauen Messungen des Signals führt. Die VNA misst sowohl die Größe als auch die Phase (von realen und imaginären Komponenten) eines gemessenen Signals relativ zu einem bekannten Eingangssignal, das eine höhere Qualitätsmessung darstellt.
VNAs sind eine vielseitige Option für viele Arten von Messungen. Das Gerät kann verwendet werden, um abgestrahlte Funksignale mit Antennen an den Sende- und Empfangsanschlüssen18zu messen. Die Zeitdomänenanalyse kann verwendet werden, um Signale im Laufe der Zeit zu überwachen und zu bestimmen, wo ein Bruch in einem Kabel auftritt. Es kann viele Frequenzen während eines Sweeps messen, die verwendet werden können, um Dämpfungsverluste über viele Frequenzen entweder in einer geführten19 oder abgestrahlten Umgebung zu verstehen20. Das Verständnis der verschiedenen Parametereinstellungen des VNA führt zu gut charakterisierten DUTs/Systemen, und Messungen, die mit dem DUT/System erhalten werden, können mit einem hohen Maß an Vertrauen verwendet werden.

Das Institute for Telecommunication Sciences (ITS) ist das Forschungslabor der National Telecommunications and Information Administration (NTIA), einer Behörde des US-Handelsministeriums. ITS ist seit den 1950er Jahren in Derfunkvermehrungsmessungen tätig. Die gemeinsame Nutzung von Frequenzen, dem neuen Paradigma für Nutzer von Bundes- und kommerziellen Frequenzen, erfordert, dass zwei unterschiedliche Systeme gleichzeitig das gleiche Funkfrequenzspektrum aufweisen. Mit zunehmender Frequenzteilungsszenarien steigt auch der Bedarf an genauen und reproduzierbaren Funkausbreitungsmessungen, die ein besseres Verständnis der Funkumgebung ermöglichen, die von mehreren Diensten gemeinsam verwendet werden muss. Ziel des beschriebenen Verfahrens ist es, sicherzustellen, dass alle Komponenten, die ein solches System bilden, durch eine genau konfigurierte VNA gut charakterisiert sind.
Während die Nachfrage nach Frequenzen steigt, ist es nicht immer möglich, Frequenzen, die derzeit von Bundesbehörden für kommerzielle Zwecke genutzt werden, schnell freizugeben. Im Advanced Wireless Services (AWS)-3-Band (1755–1780 MHz) werden beispielsweise Frequenzfreigabevereinbarungen zwischen militärischen Diensten und kommerziellen Mobilfunkanbieternentwickelt 1. Diese Vereinbarungen ermöglichen es kommerziellen Mobilfunkanbietern, das AWS-3-Band zu betreten, bevor der Übergang von militärischen Diensten aus dem Band abgeschlossen wird.
Die Defense Spectrum Organization (DSO) wurde mit der Verwaltung des AWS-3-Übergangs beauftragt. Ein wichtiger Teil des Übergangs besteht in der Entwicklung neuer Ausbreitungsmodelle, um das Potenzial für HF-Interferenzen zwischen militärischen und kommerziellen drahtlosen Systemen, die das Band teilen, zu bewerten. Die DSO hat ITS und andere mit der Durchführung einer Reihe von kanalklingenden Messungen beauftragt, um neue Modelle zu erstellen, die die Auswirkungen von Laub und von Menschen geschaffenen Strukturen in der Umwelt besser berechnen (zusammen als Unordnung bekannt). Eine verbesserte Verbreitungsmodellierung, die Unordnung berücksichtigt, wird zu weniger Einschränkungen für kommerzielle Sender in der Nähe militärischer Systeme führen.
In-situ-Messungen der HF-Spektrumaktivität geben Einblick in die Physik der HF-Wellenausbreitung und validieren bestehende und neue Funkausbreitungsmodelle. Beide Komponenten sind für die Unterstützung und Erhaltung der störungsfreien Frequenzfreigabe unerlässlich. Kanalsondierungstechniken, bei denen ein bekanntes Testsignal von einem bestimmten Standort an einen mobilen oder stationären Empfänger übertragen wird, liefern Daten, die die Funkkanaleigenschaften in verschiedenen Umgebungen schätzen. Die Daten werden verwendet, um Modelle zu entwickeln und zu verbessern, die Ausbreitungsverluste oder Dämpfung des Signals genauer vorhersagen. Diese Verluste können auf die Blockierung und Reflexion durch Gebäude und andere Hindernisse (z. B. Bäume oder Gelände in städtischen Schluchten) zurückzuführen sein. Diese Hindernisse erzeugen mehrere, leicht variante Ausbreitungspfade, die zu Signalverlust oder Dämpfung zwischen sende- und Empfangsantenne führen.
ITS-Messtechniken erzeugen genaue, wiederholbare und unvoreingenommene Ergebnisse. Das DSO hat ITS ermutigt, sein institutionelles Wissen mit der breiteren technischen Gemeinschaft zu teilen. Dieses Wissen beinhaltet, wie HF-Verbreitungsdaten optimal gemessen und verarbeitet werden können. Das kürzlich veröffentlichte NTIA Technical Memorandum TM-19-5352,3,4,5 beschreibt eine Reihe von Best Practices für die Vorbereitung und Verifizierung von Funkausbreitungsmesssystemen. Als Teil dieser Best Practices wird ein VNA verwendet, um die Komponentenverluste oder -gewinne eines Messsystems genau zu messen. Die Gewinne und Verluste werden dann verwendet, um die Signaldämpfung zwischen zwei Antennen zu berechnen.
Das hier vorgestellte Protokoll befasst sich mit den Best Practices für die Kalibrierung eines VNA5 vor Tests in Labor- oder Feldanwendungen. Dazu gehören die Aufwärmzeit, die Auswahl des HF-Steckverbindertyps, das Herstellen geeigneter Verbindungen und die Leistung geeigneter Kalibrierungsschritte. Die Kalibrierung sollte in einer kontrollierten Laborumgebung vor der Datenerfassung im Kontext eines bestimmten Ausbreitungsmessszenarios durchgeführt werden. Zusätzliche Überlegungen können für bestimmte Ausbreitungsmessumgebungen relevant sein, die außerhalb des Geltungsbereichs dieses Protokolls liegen.
Der VNA wird verwendet, um die Geräteeigenschaften von Bauteilen und Baugruppen bei der Montage anderer Messsysteme zu messen. Leistungsverstärker, Empfänger, Filter, geräuscharme Verstärker, Mischer, Kabel und Antennen sind Komponenten, die durch einen VNA charakterisiert werden können. Vor dem Testen und/oder Kalibrieren eines Systems wird eine Liste aller erforderlichen Komponenten des Systems erstellt und alle Systemkomponenten montiert. Jede Komponente eines Systems wird separat gemessen, indem sie zwischen die VNA-Kabel eingesetzt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Komponenten im Rahmen der Herstellerspezifikationen arbeiten. Nach der Prüfung der Komponenten wird das System montiert und Verluste im gesamten System gemessen. Dadurch wird sichergestellt, dass Reflexionen und Übertragungen zwischen Komponenten richtig charakterisiert werden.
Ein VNA misst Streuparameter (S-Parameter), bei denen es sich um komplex bewertete Mengen mit Größe und Phase handelt. Ein S-Parameter ist eine ratioierte Messung des 1) reflektierten Signals zum Ereignissignal (Reflexionsmessung) oder 2) des übertragenen Signals zum Ereignissignal (Übertragungsmessung). Für ein Gerät mit zwei Ports können vier S-Parameter (S11, S21, S12und S22) gemessen werden. Der erste Subskript bezieht sich auf den Port, an dem das Signal empfangen wird, und der zweite bezieht sich auf den Port, an dem das Signal übertragen wird. S11 bedeutet also, dass das übertragene Signal an Port 1 stammt und an Port 1 empfangen wurde. Darüber hinaus bedeutet S21, dass das übertragene Signal wieder an Port 1 entstanden ist, aber an Port 2 empfangen wird. S11 misst die Signalmenge, die von dem zu prüfenden Gerät (DUT) an Port 1 in Bezug auf das ursprüngliche Signal, das an Port 1 vorkam, reflektiert wird. S21 misst die Signalmenge, die über das DUT übertragen wird und an Port 2 mit Bezug auf das Störsignal an Port 1 ankommt. S11 ist ein Maß für den Reflexionskoeffizienten des DUT an Port 1, und S21 ist ein Maß für den Übertragungskoeffizienten des DuT von Port 1 zu Port 2.
Eine Kalibrierung des VNA ist erforderlich, um die systematischen Fehler von Bauteilen bis (und einschließlich) der Messreferenzebene zu entfernen, die sich typischerweise am Ende der VNA-Messkabel befindet. Eine Kalibrierung beseitigt Systemfehler, indem "perfekte" bekannte Standards (Open, Shorts, Lasten, Durch/Linie) gemessen und mit dem Wert verglichen werden, den die VNA misst. Durch eine Reihe von Fehlerkorrekturen wird ein korrigierter Wert für die DUT angezeigt. Es gibt derzeit 12 Fehlerbegriffe6,7, die während der Kalibrierung charakterisiert werden. Weitere Informationen finden Sie in den ursprünglichen S-Parametermessungen, die auf Sechs-Port-Netzwerkanalysatoren8 durchgeführt wurden, die von der klassischen Mikrowellenkreistheorie9,10unterstützt werden.
Die häufigsten Arten von S-Parameterreflexionsmessungen sind Return Loss, Standing Wave Ratio (SWR), Reflexionskoeffizient und Impedanzabgleich. Die häufigsten Arten von S-Parameter-Übertragungsmessungen sind Einsteckverlust, Transmissionskoeffizient, Verstärkung/Verlust, Gruppenverzögerung, Phasen- oder Phasenverzögerung und elektrische Verzögerung. Übertragungsverlustmessungen werden im beschriebenen Protokoll hervorgehoben.
Die Messung von Gewinnen und Verlusten von Systemkomponenten mit einem VNA ist gut verstanden. Wichtige Schritte werden jedoch häufig übersprungen, z. B. die Reinigung von Steckverbindern und die Verwendung eines richtigen Drehmomentschlüssels. Dieses Protokoll enthält alle notwendigen Schritte und Erklärungen, warum einige besonders wichtig sind. Es wird auch als Vorspiel zu einem zukünftigen Artikel dienen, der beschreibt, wie HF-Propagationsmessungen durchgeführt werden, einschließlich der Berechnungen der Signaldämpfung.

<table><tbody><tr><td>12-Zoll-Pfund-Drehmomentschlüssel</td><td>Maury Microwave</td><td></td><td>TW-12</td></tr><tr><td>8-Zoll-Pfund-Drehmomentschlüssel</td><td>Keysight Technologies</td><td></td><td>8710-1764</td></tr><tr><td>Dämpfungsglieder</td><td>Mini-Schaltungen</td><td></td><td>BW-N10W50+</td></tr><tr><td>Kabel 1</td><td>Mikro-Koax-UFB311A</td><td></td><td>&ndash; 36 Fuß</td></tr><tr><td>Kalibrierstandard-Set (1) (manuell)</td><td>Keysight Technologies</td><td></td><td>Economy Type-N Kalibrierkit, 85054 D</td></tr><tr><td>Kalibrierstandard-Set (2) (E-cal)</td><td>Agilent Technologies</td><td></td><td>Elektronisches Kalibrierkit, N4693-60001, 10 MHz bis 50 GHz</td></tr><tr><td>Reinigungstupfer</td><td>Chemtronics</td><td></td><td>Flextips Mini</td></tr><tr><td>Druckluft</td><td>Techspray</td><td></td><td>Extrem gefilterter</td></tr><tr><td>Filter erforderlich 1</td><td>K& L Mikrowelle, Inc.</td><td></td><td>8FV50-1802-T95-O/O</td></tr><tr><td>Isopropylalkohol</td><td>Jede Marke</td><td></td><td></td></tr><tr><td>VNA</td><td>Keysight Technologies</td><td></td><td>Es gibt viele Optionen für einen Forscher &ndash; bitte konsultieren Sie die Website</td></tr></tbody></table>

kalibrierung von vector network analyzer für messungen in hochfrequenzausbreitungskanälen

Calibration of Vector Network Analyzer for Measurements in Radio Frequency Propagation Channels

In-situ-Messungen der Radiofrequenz-Spektrumaktivität geben Einblick in die Physik der Hochfrequenzwellenausbreitung und validieren bestehende und neue Spektrumausbreitungsmodelle. Beide Parameter sind für die Unterstützung und Erhaltung der störungsfreien Frequenzfreigabe von wesentlicher Bedeutung, da die Frequenznutzung weiter zunimmt. Es ist wichtig, dass solche Ausbreitungsmessungen genau, reproduzierbar und frei von Artefakten und Voreingenommenheit sind. Die Charakterisierung der Gewinne und Verluste von Komponenten, die bei diesen Messungen verwendet werden, ist entscheidend für ihre Genauigkeit. Ein Vector Network Analyzer (VNA) ist ein bewährtes, hochpräzises und vielseitiges Gerät, das sowohl die Größe als auch die Phase der Signale misst, wenn sie richtig kalibriert werden. In diesem Artikel werden die bewährten Methoden zum Kalibrieren einer VNA beschrieben. Nach der Kalibrierung kann es verwendet werden, um Komponenten eines korrekt konfigurierten Ausbreitungsmesssystems (oder Kanalsondierungssystems) genau zu messen oder als Messsystem selbst zu verwenden.

Bei der Überprüfung, ob ein Bauteil ordnungsgemäß funktioniert, ist es wichtig, die Spezifikationen des Herstellers zu konsultieren, die auf den jeweiligen Websites zu finden sind. Hier wurde der Filter (Abbildung 10) nach Rücksprache mit den Spezifikationen14gemessen. Wie in Abbildung 11dargestellt, wurde der Einfügeverlust sowie die 3 dB-Punkte identifiziert. Der gemessene Einfügeverlust nach der Kalibrierung, wie durch Marker 1 dargestellt, hatte eine Magnitude von 0,83 dB. Das negative Vorzeichen weist darauf hin, dass es sich um einen Verlust handelte. Der Einfügeverlust in der Referenz wird mit 0,8 dB (dBa) angegeben. Die gemessene 3 dB Bandbreite des Filters änderte sich von 1749 MHz auf 1854 MHz. Bei Subtraktion ergab dies einen Wert von 105 MHz, der in der Nähe des typischen Wertes von 104,5 MHz liegt.
Es gibt 10 dB Dämpfer, die einer Eingangsleistung von 50 W standhalten, wie in den Herstellerspezifikationen15beschrieben. Die Dämpfungsspezifikation für diesen Dämpfer beträgt 10 dB bei 0,5 dB. Irgendwann wurde eine Eingangsleistung von mehr als 50 W in den Dämpfer eingegeben, wodurch der Dämpfer beschädigt wurde. Ein kalibrierter VNA wurde verwendet, um die Qualität dieses Bauteils zu überprüfen. Auch hier ist es wichtig, jedes Bauteil vor allen Feldmessungen zur Qualitätssicherung zu messen. Die Messung des DUT ist in Abbildung 12dargestellt. Im Vergleich dazu ist die Messung eines gut 10 dB Dämpfers in Abbildung 13dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass der gemessene Wert 9,88 dB bei 1750 MHz betrug, was innerhalb des angegebenen Bereichs von -9,5 bis -10,5 dB über die gesamte Bandbreite von 1700–1900 MHz liegt.
Schließlich ist der Kabelverlust eine weitere wichtige Messung, die häufig bei Hochfrequenzmessungen durchgeführt wird. Die Spezifikationen für das gemessene Kabel finden Sie auf Seite 5 des Datenblatts16. Die Dämpfung pro Fuß (dB/ft) betrug 0,05 dB bei 1 GHz oder 0,16 dB/m. Ein gemessenes Kabel mit einer Länge von 11 m hatte nach Angaben des Herstellers einen spezifizierten Verlust von 1,8 dB. Der gemessene Verlust ist in Abbildung 14dargestellt. Bei einer Frequenz von 1750 MHz betrug der gemessene Verlust -1,88 dB (was bei Aufgerunde auf das nächste Zehntel eines Dezibels eine Magnitude von 1,9 dB beträgt).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig01.jpg"> Abbildung 1: Einschalten des VNA. Der rote Kreis stellt die Position des VNA-Netzschalters dar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig02.jpg"> Abbildung 2: Hochwertige, phasenstabile Kabel, die an zwei VNA-Anschlüssen angeschlossen sind. Die Kabel werden mit einem 8 in.lbf an der Vorderseite des VNA befestigt. Drehmomentschlüssel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig03.jpg"> Abbildung 3: Reinigungsverbinder. (A) Reinigung des Innenleiters, (B) Reinigung des Außenleiters und der Gewinde und (C) sanfte Saugentrocknung des Steckverbinders mit Druckluft. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig04.jpg"> Abbildung 4: Ein Drehmomentschlüssel 12 in.lbf. für Steckverbinder des Typs N. Dieser Schraubenschlüssel wird verwendet, um die Verbindungen zwischen den VNA-Kabeln und dem DUT zu festigen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig04large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig05.jpg"> Abbildung 5: Typ N Kalibrierkit. Hier ist ein Kalibrierkit mit offenen, kurzen, Last- und Durchstandards zu sehen, die zur Kalibrierung von Fehlern im VNA verwendet werden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig05large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig06.jpg"> Abbildung 6: Typ N-Kalibrierungsstandards. Fotos der bei der Kalibrierung verwendeten Kalibrierstandards für Männer und Frauen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig06large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig07.jpg"> Abbildung 7: Elektronisches Kalibriermodul. Ein Foto eines elektronischen Kalibriermoduls. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig07large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig08.jpg"> Abbildung 8: Durchkalibrierungsprüfung nach Kalibrierung auf einem Log-Magnitudendiagramm als Funktion der Frequenz in GHz. Der Wert des Thrus beträgt 0,01 dB bei einer Frequenz von 1,8 GHz. Dies zeigt den Wert des Durchsals als Funktion der Frequenz in GHz nach der Kalibrierung. Das Durchwird als Kalibrierungsprüfung verwendet, um sicherzustellen, dass die Kalibrierung gültig ist. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig08large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig09.jpg"> Abbildung 9: Smith Chart-Erklärung. Reale und imaginäre Impedanzwertpositionen für Standardimpedanzen werden in der linken Abbildung und Impedanzgrößenwerte in der rechten Abbildung17dargestellt. Diese Smith-Diagramm-Zeichnung zeigt sowohl die reale als auch die imaginäre Impedanz auf der linken Seite und die Impedanzgröße auf der rechten Seite. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig09large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig10.jpg"> Abbildung 10: HF-Filter zwischen den Ports 1 und 2 eingesetzt. Ein Foto eines HF-Filters, der während der Messungen zwischen den Anschlüssen 1 und 2 am Ende der VNA-Kabel eingesetzt wird. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig10large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig11.jpg"> Abbildung 11: Gemessener Einfügeverlust und 3 dB-Punkte für HF-Filter mit Dendaten in Abbildung 9. Dies ist ein Screenshot aus dem VNA während der Messung des HF-Filters, der in Abbildung 10dargestellt ist. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig11large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig12.jpg"> Abbildung 12: Messung eines 10 dB Dämpfers, der nicht innerhalb seiner Spezifikationen liegt. Der gemessene Wert beträgt -22,70 dB bei 1,7 GHz und seine Spezifikation beträgt 10 dB bei 0,5 dB. Gezeigt wird auch die Messung eines 10 dB Dämpfers, der nicht mehr innerhalb seiner Spezifikationen liegt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig12large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig13.jpg"> Abbildung 13: Messung des 10 dB Dämpfers innerhalb seiner Spezifikationen. Der Messwert betrug -9,88 dB. Gezeigt wird auch die Messung eines 10-dB-Dämpfers, der innerhalb seiner Spezifikationen liegt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig13large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig14.jpg"> Abbildung 14: Messung eines Koaxialkabels mit einem angegebenen Dämpfungswert von 0,05 dB/ft (11 m). Der Verlust durch die Länge des Kabels sollte 1,8 dB betragen, was dem Messwert von -1,9 dB bei 1,87 GHz entspricht. Ebenfalls angezeigt wird die Messung eines Kabels, das zeigt, dass der gemessene Verlust im Rahmen der Herstellerspezifikationen liegt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig14large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

Dieses Protokoll beschreibt bewährte Methoden für die Kalibrierung eines Vektornetzwerkanalysators vor der Verwendung als genaues Instrument, das Komponenten eines Hochfrequenz-Propagationsmesstestssystems messen soll.

Kalibrierung von Vector Network Analyzer für Messungen in Hochfrequenzausbreitungskanälen

In situ measurements of radio frequency (RF) spectrum activity provide insight into the physics of radio frequency wave propagation and validate existing ...

Gute Messungen sind schwierig. Dieses Verfahren wird dazu beitragen, gute Messmethoden zu entwickeln. Wenn dieses Protokoll befolgt wird, debuggen und charakterisieren die VNAs RF-Geräte und -Systeme präzise.VNAs sind die genaueste Methode, um ein HF-Gerät oder -System zu messen. Die Theorie hinter dieser Technik ist gut etabliert und die Befolgung dieses Protokolls wird konsistente und wiederholbare Ergebnisse liefern. Demonstriert wird das Verfahren von Savio Tran, einem Kollegen aus meinem Labor.Sammeln Sie vor beginne eine Messung alle Komponenten des Ausbreitungsmesssystems, einschließlich der Kabel, Verstärker, Filter, zu prüfenden Geräte und anderer relevanter Komponenten. Beachten Sie, dass weibliche Standards, die einen einführbaren Anschluss für den Stecker am Kabel haben, bei dieser Kalibrierung verwendet werden. Schalten Sie mindestens eine halbe Stunde vor der Messung den VNA ein und drücken Sie die voreingestellte Taste.Überprüfen Sie visuell alle Kabel und Anschlüsse auf offensichtliche Verschleißerscheinungen wie Nicks, Dellen und unvollkommene Steckverbindergewinde, und reinigen Sie die Anschlüsse an allen Geräten und Kabelenden. Richten Sie vor der Verbindung die VNA-Kabel an den Anschlüssen eins und zwei und dem zu prüfenden Gerät aus und ziehen Sie die angeschlossenen Kabel von Hand fest. Wenn wenig bis gar kein Widerstand zu spüren ist, ziehen Sie mit einem 12 Zoll Pfund Drehmomentschlüssel für Typ N Verbindungen.Um den VNA-Frequenzbereich einzustellen, öffnen Sie das Stimulusmenü und wählen Sie die Frequenz aus. Stellen Sie die Startfrequenz auf 1, 700 Megahertz und die Stoppfrequenz auf 1, 900 Megahertz ein. Um den Messtyp festzulegen, wählen Sie Antwort, Maß und S21 aus.Um die Portleistung einzustellen und anzupassen, wählen Sie Stimulus, Leistung, Stromversorgung und stellen Sie die Portleistung auf Null dbm ein. Um die Sweep-Einstellungen festzulegen und anzupassen, wählen Sie Stimulus-, Sweep- und Sweep-Setup und Stufensweep aus. Stellen Sie die Verweilzeit auf Null Mikrosekunden ein.Um den Mittelungsmodus einzustellen und anzupassen, wählen Sie Antwort und Durchschnitt aus, und legen Sie die Mittlere Frequenzbandbreite auf einen Kilohertz fest. Um das Anzeigedatenformat festzulegen, wählen Sie Antwort, Format und Protokoll-Mag aus. Wählen Sie dann Stimulus, Sweep, Anzahl der Punkte und 1601 aus, um die Anzahl der Datenpunkte in der angezeigten Ablaufverfolgung festzulegen.Um eine manuelle Kalibrierung durchzuführen, wählen Sie Antwort, Cal, Startkalibrierung, Kalibrierungsassistent und ungeführte Kalibrierung aus. Wählen Sie zwei Port-Kurz-Open-Last-Durchstreffen unter der Berechnungstypauswahl aus und wählen Sie das entsprechende Kalibrierkit aus, damit ein genauer Wert der Standards im jeweiligen Kalibrierkit bekannt ist. Klicken Sie dann auf Weiter.Schließen Sie einen offenen Kalibrierstandard an das an Port 1 angeschlossene Kabel an und schließen Sie einen kurzen Kalibrierstandard an das Kabel an, das an Port 2 angeschlossen ist. Um eine Messung des angefügten Öffnens an Port 1 durchzuführen, wählen Sie öffnen und geben Sie N50 weiblich offen ein. Es wird eine Ablaufverfolgung angezeigt.Um eine Messung des angehängten Kurzen an Port 2 durchzuführen, wählen Sie Kurz und Typ N50 weiblich kurz aus. Es wird eine Ablaufverfolgung angezeigt. Tauschen Sie nach der zweiten Messung die Kalibrierstandards zwischen den Ports aus.Und auf Port eins, wählen Sie short und Typ N50 weiblich kurz, um die kurze auf Port eins zu messen. Es wird eine Ablaufverfolgung angezeigt. Um das Öffnen an Port 2 zu messen, wählen Sie an Port 2 öffnen und geben Sie N50 weiblich offen ein.Ersetzen Sie als Nächstes den Kurzabhafen 1 durch eine Breitbandlast. Und wählen Sie an Port eins lasten und Geben Sie N50-Breitbandlast ein, um die Last an Port 1 zu messen. Es wird eine Ablaufverfolgung angezeigt.Nachdem die Messung abgeschlossen ist, entfernen Sie das Öffnen von Port zwei und die Breitbandlast von Port 1 und übertragen Sie die Breitbandlast von Port 1 zu Port 2. Platzieren Sie das Öffnen von Port zwei an Port 1, um Lecksignale zu verhindern. Und wählen Sie an Port zwei Lasten und Typ N50 Breitbandlast.Es wird eine Ablaufverfolgung angezeigt. Legen Sie einen Durchkalibrierungsstandard zwischen die Kabel ein, die an den Anschlüssen eins und zwei angeschlossen sind, und wählen Sie thru aus, um den Durchkalibrierungsstandard zu messen. Es werden mehrere Ablaufverfolgungen angezeigt.Sobald alle Standards ein Häkchen darüber haben, wählen Sie weiter und speichern Sie als Benutzer CalSet. Geben Sie dann einen Namen für die Kalibrierung ein und klicken Sie auf Speichern. Um die Kalibrierung zu überprüfen, schließen Sie einen Durchadapter ohne offensichtliche Verschleißerscheinungen an die Kabel zwischen den Anschlüssen eins und zwei an, und wählen Sie Antwort, Skalierung, Skalierung und Einstellung des Pro-Division-Adapters auf 0,1 Dezibel.Um den Einfügeverlust des Durchsetzvorgangs zu messen, wählen Sie das Stimulusmenü, den Trigger und den Single-Punkt aus. Ein einzelner Sweep wird über den Frequenzbereich angezeigt. Nachdem das Durchdurch überprüft wurde, wählen Sie Antwort, Skalierung und Skalierung aus, um den Wert pro Division auf 10 Dezibel zurückzugeben.Um S11 zu messen, wählen Sie Stimulusmenü, Trigger und Single aus, und wählen Sie Antwort, Maß und S11 aus. Um Komponenten und Systemverluste zu messen, schließen Sie zunächst das zu prüfende Gerät an den VNA an und wählen Sie Antwort, Maß und S21 aus. Um das zu testende Gerät zu messen, wählen Sie Stimulusmenü, Trigger und Single aus, und wählen Sie Datei aus und speichern Sie Daten, um die Daten als angezeigte Ablaufverfolgungsdatei zu speichern.Legen Sie den Bereich auf angezeigte Ablaufverfolgungen fest, das Format auf das angezeigte Format, und wählen Sie einen Gefühlstyp von CSV oder s2p aus, der die beiden Port-S-Parameter speichert. Um die Testergebnisse eines Bandpassfilters zu überprüfen und zu analysieren, wählen Sie Markeranalyse, Markersuche und max aus, um den Einfügeverlust des Filters zu ermitteln. Wählen Sie Markeranalyse, Marker, Marker aus, und legen Sie den Stimulus für Marker 1 auf 1, 802 Megahertz fest, um die Mittenfrequenz des zu messenden Filters festzulegen.Wählen Sie im Dropdown-Menü Marker zwei aus, und aktivieren Sie das Kontrollkästchen, indem Sie den Knopf bewegen, um die Markerfrequenz auf den Punkt zu senken, der drei Dezibel unter dem gemessenen Verlust bei der Mittenfrequenz liegt. Wählen Sie Referenz aus, und aktivieren Sie das Kontrollkästchen ein. Wählen Sie dann Marker drei aus, aktivieren Sie das Kontrollkästchen und aktivieren Sie das Delta-Marker-Feld.Legen Sie dann den Stimulus für Marker drei auf den Punkt fest, an dem Delta drei am nächsten Null ist. Die Drei-Dezibel-Bandbreite des Filters wird durch Delta 3 angezeigt. Wenn keine manuelle Kalibrierung ausgewählt ist, wählen Sie die elektronische Kalibrierungsoption aus und befestigen Sie das elektronische Kalibrierkit an den Kabeln zwischen den Ports eins und zwei.Wählen Sie Antwort, Kalibrierung, Kalibrierung, Kalibrierungsassistent und elektronische Kalibrierung verwenden. Wählen Sie zwei Port elektronische Kalibrierung und das entsprechende Modul und Charakterisierung und klicken Sie auf weiter. Klicken Sie dann auf Messen, um die Kalibrierstandards zu messen.Klicken Sie am Ende der Kalibrierung auf Speichern als Benutzer-CalSet, um die Kalibrierdaten zu speichern. In dieser repräsentativen Analyse wurde der Filter nach Rücksprache mit den Herstellerspezifikationen gemessen. Wie beobachtet, wurde der Einfügeverlust sowie die drei Dezibelpunkte identifiziert.Hier ist eine Messung eines beschädigten 10 Dezibel Dämpfers, der auf minus 22,70 Dezibel gemessen wurde. Zum Vergleich: In dieser Abbildung kann die Messung eines gut 10 Dezibel Dämpfers beobachtet werden. Beachten Sie, dass der Messwert innerhalb des angegebenen Bereichs von minus 9,5 bis minus 10,5 Dezibel über die gesamte Bandbreite von 1, 700 bis 1 900 Megahertz liegt.Kabelverlust ist eine weitere wichtige Messung, die häufig bei Hochfrequenzmessungen durchgeführt wird. In dieser Analyse betrug der gemessene Verlust beispielsweise minus 1,88 Dezibel bei einer Frequenz von 1.750 Megahertz. Achten Sie darauf, immer zu überprüfen, ob Sie eine gute Kalibrierung haben, bevor Sie weiter messen und die Messparameter mit dem Spezifikationsblatt nach dem Messen eines Geräts überprüfen.Die Verwendung guter Messpraktiken mit einem VNA auf der Tischplatte führt zu vertrauenswürdigen, genauen Messungen an anderen Geräten und in komplexen Umgebungen.

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Forschung

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Ingenieurwesen

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