Kalibracja wektorowego analizatora sieci do pomiarów w kanałach propagacji częstotliwości radiowych
2 czerwca 2020
Ten protokół opisuje najlepsze praktyki kalibracji wektorowego analizatora sieci przed użyciem go jako dokładnego instrumentu, przeznaczonego do pomiaru komponentów systemu testowego pomiaru propagacji częstotliwości radiowej.
Wykonanie dobrych pomiarów jest trudne. Procedura ta pomoże w opracowaniu dobrych praktyk pomiarowych. Gdy ten protokół jest przestrzegany, VNA będą precyzyjnie debugować i charakteryzować urządzenia i systemy RF.
VNA to najdokładniejszy sposób pomiaru urządzenia lub systemu RF. Teoria stojąca za tą techniką jest dobrze ugruntowana, a przestrzeganie tego protokołu zapewni spójne i powtarzalne wyniki. Procedurę zademonstruje Savio Tran, kolega z mojego laboratorium.
Przed rozpoczęciem pomiaru zbierz wszystkie elementy systemu pomiaru propagacji, w tym, wzmacniacze, filtry, testowane urządzenia i inne istotne elementy. Należy pamiętać, że w tej kalibracji zostaną użyte wzorce żeńskie, które mają wsuwany port dla męskiego portu na. Co najmniej pół godziny przed pomiarem włącz VNA i naciśnij przycisk ustawień wstępnych.
Sprawdź wzrokowo wszystkie i złącza pod kątem widocznych oznak zużycia, takich jak wyszczerbienia, wgniecenia i niedoskonałe gwinty złączy, a następnie wyczyść złącza we wszystkich urządzeniach i końcach. Przed ich podłączeniem wyrównaj VNA z portami pierwszym i drugim oraz testowanym urządzeniem i ręcznie dokręć podłączone. Jeśli opór jest niewielki lub nie ma go wcale, dokręć kluczem dynamometrycznym o długości 12 cali do połączeń typu N.
Aby ustawić zakres częstotliwości VNA, otwórz menu bodźca i wybierz częstotliwość. Ustaw częstotliwość początkową na 1 700 megaherców, a częstotliwość końcową na 1 900 megaherców. Aby ustawić typ pomiaru, wybierz odpowiedź, miara i S21.
Aby ustawić i wyregulować moc portu, wybierz bodziec, moc, moc i dostosuj moc portu do zera dbm. Aby ustawić i dostosować ustawienia przeciągnięcia, wybierz bodziec, przeciągnięcie i konfigurację przeciągnięcia oraz przeciągnięcie schodkowe. Ustaw czas przebywania na zero mikrosekund.
Aby ustawić i dostosować tryb uśredniania, wybierz odpowiedź i średnia, a następnie ustaw szerokość pasma częstotliwości pośredniej na jeden kiloherc. Aby ustawić format wyświetlanych danych, wybierz response, format i log mag. Następnie wybierz bodziec, przeciągnięcie, liczbę punktów i 1601, aby ustawić liczbę punktów danych w wyświetlanym śladzie.
Aby przeprowadzić kalibrację ręczną, wybierz opcję Response, cal, start kalibracji, kreatora kalibracji i kalibracji niekierowanej. Wybierz dwa porty z krótkim otwarciem obciążenia w obszarze wyboru typu kalibracji i wybierz odpowiedni zestaw kalibracyjny, aby znana była dokładna wartość wzorców w określonym zestawie kalibracyjnym. Następnie kliknij przycisk Dalej.
Podłącz otwarty wzorzec kalibracyjny do podłączonego do portu pierwszego i podłącz krótki wzorzec kalibracji do podłączonego do portu drugiego. Aby wykonać pomiar dołączonego otwarcia, na pierwszym porcie wybierz otwarty i wpisz N50 żeński otwarty. Pojawi się ślad
.Aby wykonać pomiar dołączonego zwarcia na porcie drugim, wybierz krótkie i wpisz N50 żeńskie krótkie. Pojawi się ślad. Po drugim pomiarze zamień wzorce kalibracyjne między portami.
A na pierwszym porcie wybierz krótkie i wpisz krótkie żeńskie N50, aby zmierzyć krótkie na pierwszym porcie. Pojawi się ślad. Aby zmierzyć przerwę na porcie drugim, na porcie drugim wybierz otwartą i wpisz N50 żeńskie otwarte.
Następnie zastąp zwarcie od pierwszego portu obciążeniem szerokopasmowym. Na pierwszym porcie wybierz obciążenia i wpisz obciążenie szerokopasmowe N50, aby zmierzyć obciążenie na porcie pierwszym. Pojawi się ślad
.Po zakończeniu pomiaru usuń przerwę z portu drugiego i obciążenie szerokopasmowe z portu pierwszego, a następnie przenieś obciążenie szerokopasmowe z portu pierwszego na port drugi. Umieść otwarty port drugi na porcie pierwszym, aby zapobiec sygnałom wycieku. Na drugim porcie wybierz opcję Loads (Obciążenia) i wpisz N50 broadband load (Obciążenie szerokopasmowe) N50.
Pojawi się ślad. Włóż wzorzec kalibracji przelotowej między podłączone do portów pierwszego i drugiego i wybierz przelot, aby zmierzyć wzorzec kalibracji przelotowej. Pojawi się wiele śladów.
Gdy nad wszystkimi standardami pojawi się znacznik wyboru, wybierz pozycję Dalej i zapisz jako użytkownika CalSet. Następnie wprowadź nazwę kalibracji i kliknij przycisk Zapisz. Aby sprawdzić kalibrację, podłącz adapter przelotowy bez widocznych oznak zużycia do między portami pierwszym i drugim i wybierz odpowiedź, skalę, skalę i ustaw na działkę na 0.1 decybela.
Aby zmierzyć tłumienie wtrąceniowe przelota, wybierz menu bodźca, wyzwalacz i pojedynczy. W całym zakresie częstotliwości pojawi się pojedyncze przemiatanie. Po sprawdzeniu thru wybierz odpowiedź, skala i skala, aby przywrócić wartość na działkę do 10 decybeli.
Aby zmierzyć S11, wybierz menu bodźca, wyzwalacz i pojedynczy, a następnie wybierz odpowiedź, pomiar i S11. Aby zmierzyć straty komponentów i systemu, najpierw podłącz testowane urządzenie do VNA i wybierz odpowiedź, pomiar i S21. Aby zmierzyć testowane urządzenie, wybierz menu bodźca, wyzwalacz i pojedynczy, a następnie wybierz plik i zapisz dane, aby zapisać dane jako wyświetlany plik śledzenia w formacie wyświetlanych śladów.
Ustaw zakres na wyświetlane ślady, format na wyświetlany format i wybierz typ czucia CSV lub s2p, który zapisuje dwa parametry S portu. Aby sprawdzić i przeanalizować wyniki testu filtra pasmowoprzepustowego, wybierz Analiza znaczników, Wyszukiwanie znaczników i Max, aby znaleźć tłumienie wtrąceniowe filtra. Wybierz analizę markera, marker, marker i ustaw bodziec dla znacznika jeden na 1 802 megaherców, aby ustawić częstotliwość środkową mierzonego filtra.
Z menu rozwijanego wybierz znacznik drugi i zaznacz pole włączone, przesuwając pokrętło, aby obniżyć częstotliwość znacznika do punktu, który jest trzy decybele poniżej zmierzonej straty na częstotliwości środkowej. Wybierz odniesienie i zaznacz pole włączone. Następnie wybierz znacznik trzeci, zaznacz pole włączone i zaznacz pole znacznika delta.
Następnie ustaw bodziec dla znacznika trzeciego do punktu, w którym trójkąt trzy jest najbliższy zeru. Przepustowość filtra wynosząca trzy decybele będzie wyświetlana przez różnicę trzy. Jeśli kalibracja ręczna nie zostanie wybrana, wybierz opcję kalibracji elektronicznej i podłącz zestaw do kalibracji elektronicznej do między portami pierwszym i drugim.
Wybierz odpowiedź, kalibrację, rozpocznij kalibrację, kreatora kalibracji i użyj kalibracji elektronicznej. Wybierz dwuportową kalibrację elektroniczną oraz odpowiedni moduł i charakterystykę, a następnie kliknij przycisk Dalej. Następnie kliknij przycisk zmierz, aby zmierzyć wzorce kalibracyjne.
Na końcu kalibracji kliknij przycisk Zapisz jako użytkownik CalSet, aby zapisać dane kalibracji. W tej reprezentatywnej analizie filtr został zmierzony po zapoznaniu się ze specyfikacją producenta. Jak zaobserwowano, zidentyfikowano tłumienie wtrąceniowe, a także trzy punkty decybeli.
Oto pomiar uszkodzonego tłumika 10 decybeli, który został zmierzony na minus 22,70 decybeli. Dla porównania, na tym rysunku można zaobserwować pomiar dobrego tłumika 10 decybeli. Należy pamiętać, że zmierzona wartość mieści się w określonym zakresie od minus 9,5 do minus 10,5 decybeli w całym paśmie od 1 700 do 1 900 megaherców.
Strata to kolejny ważny pomiar często wykonywany w pomiarach o częstotliwości radiowej. Na przykład w tej analizie zmierzona strata wyniosła minus 1,88 decybeli przy częstotliwości 1 750 megaherców. Pamiętaj, aby zawsze sprawdzić, czy masz dobrą kalibrację przed kontynuowaniem wykonywania pomiarów i zweryfikować parametry pomiarowe za pomocą karty specyfikacji po zmierzeniu urządzenia.
Stosowanie dobrych praktyk pomiarowych z VNA na stole laboratoryjnym przekłada się na wiarygodne, dokładne pomiary na innych urządzeniach i w złożonych środowiskach.
Przegląd
Niniejszy protokół przedstawia najlepsze praktyki kalibracji analizatora sieci wektorowego (VNA) w celu zapewnienia dokładnych pomiarów podczas testów propagacji częstotliwości radiowych. Przestrzeganie tej procedury zwiększy precyzję i niezawodność charakterystyki urządzeń RF.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Elektronika
- Techniki pomiarowe
Wstęp
- Dokładne pomiary są kluczowe podczas testowania urządzeń RF.
- Analizatory sieci wektorowe (VNA) są uznawane za najprecyzyjniejsze instrumenty do pomiarów RF.
- Kalibracja jest niezbędna dla uzyskania wiarygodnych i powtarzalnych wyników.
- Niniejszy protokół przedstawia systematyczne podejście do kalibracji VNA.
Cel badania
- W celu opracowania znormalizowanej procedury kalibracji analizatorów sieci wektorowych (VNA).
- W celu zwiększenia dokładności pomiarów w badaniach RF.
- W celu zapewnienia spójności wyników w różnych scenariuszach testowych.
Zastosowane metody
- Inspekcja wizualna oraz czyszczenie kabli i złączy.
- Ustawianie zakresów częstotliwości i typów pomiarów na VNA.
- Wykonywanie kalibracji manualnej lub elektronicznej z wykorzystaniem wzorców.
- Pomiar strat wstawkowych i analiza wyników testów.
Główne wyniki
- Pomyślna kalibracja pozwala na uzyskanie dokładnych pomiarów RF.
- Spójne wyniki osiąga się poprzez przestrzeganie opisanego protokołu.
- Skuteczna identyfikacja charakterystyk urządzenia dzięki precyzyjnym pomiarom.
- Lepsze zrozumienie parametrów wydajności urządzeń RF.
Wnioski
- Kalibracja analizatorów sieci wektorowych (VNA) jest kluczowa dla wiarygodności testów RF.
- Przestrzeganie protokołu zapewnia wysoką wierność pomiarów.
- Niniejsze opracowanie stanowi kompleksowy przewodnik dla badaczy w tej dziedzinie.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Dokładne pomiary częstotliwości radiowych (RF) są niezbędne do walidacji modeli propagacji widma oraz zapewnienia wolnego od zakłóceń współdzielenia widma w coraz bardziej zatłoczonych środowiskach bezprzewodowych. Prawidłowa kalibracja wektorowych analizatorów sieci (VNA) eliminuje artefakty i błędy pomiarowe, umożliwiając wiarygodną charakterystykę komponentów, która jest kluczowa dla projektowania i testowania systemów RF. Niniejszy protokół wspiera pewność prognostyczną w ocenie wydajności RF poprzez ustanowienie mierzalnych i powtarzalnych podstaw pomiarowych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia precyzyjną charakterystykę komponentów RF stosowanych w systemach komunikacji bezprzewodowej dla urządzeń biomedycznych, wspierając walidację funkcjonalną telemetrii oraz wydajności urządzeń implantowalnych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zestandaryzowane procedury oceny integralności sygnału w łączach RF, redukując zmienność w badaniach przedklinicznych bezprzewodowych platform terapeutycznych.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Umożliwia ilościowe pomiary parametrów S (np. S21, S11) w celu oceny strat wtrąceniowych, strat powrotnych oraz szerokości pasma filtrów RF i anten stosowanych w platformach biosensorycznych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia powtarzalność pomiarów w wielu seriach testowych, wspierając standaryzację analiz dla systemów detekcji opartych na częstotliwościach radiowych (RF).
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wspiera minimalizację ryzyka w przypadku bezprzewodowych systemów dostarczania leków poprzez weryfikację wydajności komponentów RF w warunkach testowych naśladujących środowiska operacyjne.
- Wartość operacyjna: Zapewnia ciągłość od charakterystyki laboratoryjnej do walidacji przedklinicznej dzięki zastosowaniu identyfikowalnych praktyk kalibracyjnych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Kalibracja VNA stanowi fundamentalny krok w procesie testowania RF, poprzedzający walidację komponentów oraz pomiary na poziomie systemowym podczas opracowywania bezprzewodowych urządzeń biomedycznych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących niezawodności łącza RF w bezprzewodowych systemach monitorowania fizjologicznego poprzez precyzyjną analizę parametrów S.
- Przesiewanie: Zapewnia gotowość do analizy poprzez walidację komponentów front-endu RF (np. filtrów, anten) za pomocą mierzalnych pomiarów amplitudy i fazy.
- Analityka: Generuje wyniki ilościowe, takie jak straty wtrąceniowe (w dB), straty powrotne oraz szerokość pasma 3 dB za pomocą analizy markerów, umożliwiając obiektywne porównanie komponentów RF.
- Badania translacyjne: Łączy walidację RF na poziomie komponentów z ciągłością przedkliniczną poprzez potwierdzenie, że bezprzewodowe podsystemy spełniają specyfikacje wydajności przed ich integracją w modelach zwierzęcych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Ustanawia możliwość ponownego wykorzystania kalibracji w wielu konfiguracjach pomiarowych RF, ograniczając redundantne wysiłki walidacyjne w programach rozwoju urządzeń bezprzewodowych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Pewność prognostyczna w zakresie wydajności komponentów RF, redukcja niejednoznaczności pomiarowej oraz walidacja zachowania podsystemów bezprzewodowych.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja, powtarzalność i skalowalność pomiarów RF pomiędzy laboratoriami i platformami testowymi.
- Wartość strategiczna: Świadome decyzje o kontynuacji lub przerwaniu prac (go/no-go) w przypadku bezprzewodowych technologii biomedycznych, efektywność kapitałowa dzięki ograniczeniu konieczności poprawek oraz mitygacja ryzyk związanych z integracją na późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Priorytetyzacja platform opartych na technologii RF z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o zweryfikowane dane dotyczące integralności sygnału i wydajności komponentów.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy z zakresu teorii pomiarów RF, obsługi analizatora sieci wektorowego (VNA) oraz postępowania ze wzorcami kalibracyjnymi.
- Zależne od dostępu do analizatora sieci wektorowego, odpowiedniego zestawu kalibracyjnego (open/short/load/thru), klucza dynamometrycznego oraz kabli i złączy RF.
- Wymaga standaryzacji międzyzespołowej w zakresie procedur kalibracji, zakresów częstotliwości, ustawień mocy i formatów danych (np. CSV, S2P) w celu uzyskania spójnych wyników.
- Przy stosowaniu protokołu należy uwzględnić adaptację do różnych pasm częstotliwości RF (np. sub-6 GHz) oraz typów złączy (np. N, SMA).
- Ograniczenia praktyczne obejmują wrażliwość na zużycie kabli, zanieczyszczenie złączy oraz dryft temperaturowy, które mogą wpływać na stabilność kalibracji, jeśli nie będą monitorowane.
Często zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:41
Vector Network Analyzer (VNA) Setup
2:46
VNA Calibration
5:09
Calibration Check
5:58
Component and System Loss Measurement
7:36
Electronic Calibration
8:22
Results: Representative Insertion Loss, 10-dB Attenuator, and Coaxial Cable Measurements
9:22
Conclusion
