Summary
ويصف هذا البروتوكول أفضل الممارسات لمعايرة محلل شبكة ناقلات قبل استخدامه كأداة دقيقة، تهدف إلى قياس مكونات نظام اختبار قياس انتشار الترددات الراديوية.
Abstract
وتوفر القياسات الموقعية لنشاط الطيف الترددي الراديوي نظرة ثاقبة لفيزياء انتشار موجات الترددات الراديوية والتحقق من صحة نماذج انتشار الطيف القائمة والجديدة. وكلا المعيارين ضروريان لدعم والحفاظ على تقاسم الطيف الخالي من التداخل، مع استمرار زيادة استخدام الطيف. ومن الأهمية بمكان أن تكون قياسات الانتشار هذه دقيقة وقابلة للاستنساخ وخالية من القطع الأثرية والتحيز. إن توصيف مكاسب وخسائر المكونات المستخدمة في هذه القياسات أمر حيوي لدقتها. محلل شبكة ناقلات (VNA) هو قطعة راسخة ودقيقة للغاية ومتعددة الاستخدامات من المعدات التي تقيس حجم ومرحلة الإشارات ، إذا تم معايرتها بشكل صحيح. هذه المقالة تفاصيل أفضل الممارسات لمعايرة VNA. وبمجرد معايرتها، يمكن استخدامها لقياس مكونات نظام قياس الانتشار (أو سبر القناة) الذي تم تكوينه بشكل صحيح بدقة أو يمكن استخدامه كنظام قياس نفسه.
Introduction
معهد علوم الاتصالات (ITS) هو مختبر البحوث التابع للإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات (NTIA)، وهي وكالة تابعة لوزارة التجارة الأميركية. وقد نشطت القياسات في قياسات الانتشار الراديوي منذ الخمسينات. ويتطلب تقاسم الطيف، وهو النموذج الجديد لمستخدمي الطيف الاتحادي والتجاري، أن يتقاسم نظامان مختلفان نفس طيف الترددات الراديوية في نفس الوقت. ومع تزايد سيناريوهات تقاسم الطيف، تزداد الحاجة إلى قياسات دقيقة وقابلة للاستنساخ للانتشار الراديوي توفر فهماً أفضل للبيئة الراديوية، التي يجب أن تتقاسمها خدمات متعددة. والهدف من الإجراء الموصوف هو ضمان أن تكون أي مكونات تشكل مثل هذا النظام تتميز بشكل جيد بـ VNA تم تكوينها بدقة.
وفي حين أن الطلب على الطيف يزداد، فإنه ليس من الممكن دائماً تحرير الطيف بسرعة تستخدمه الوكالات الاتحادية حالياً للأغراض التجارية. على سبيل المثال، في نطاق الخدمات اللاسلكية المتقدمة (AWS)-3 (1755-1780 ميغاهرتز)، يتم تطوير ترتيبات مشاركة الطيف بين الخدمات العسكرية والناقلات اللاسلكية التجارية1. وتسمح هذه الترتيبات للشركات اللاسلكية التجارية بدخول نطاق AWS-3 قبل الانتهاء من انتقال الخدمات العسكرية من النطاق.
وقد كُلفت منظمة الطيف الدفاعي بإدارة المرحلة الانتقالية من AWS-3. ويشمل جزء رئيسي من عملية الانتقال وضع نماذج جديدة للانتشار لتقييم إمكانية تداخل الترددات اللاسلكية بين النظم اللاسلكية العسكرية والتجارية التي تشترك في النطاق. وقد كلفت DSO ITS وغيرها بإجراء سلسلة من قياسات السبر قناة لبناء نماذج جديدة من شأنها أن تحسب بشكل أفضل تأثير أوراق الشجر والهياكل التي من صنع الإنسان في البيئة (المعروفة مجتمعة باسم فوضى). وسيؤدي تحسين نمذجة الانتشار التي تنظر في الفوضى إلى تقليل القيود المفروضة على أجهزة الإرسال التجارية بالقرب من النظم العسكرية.
وتوفر القياسات الموقعية لنشاط طيف الترددات الراديوية نظرة ثاقبة لفيزياء انتشار موجات الترددات الراديوية والتحقق من صحة نماذج الانتشار الراديوي القائمة والجديدة. وهذان العنصران ضروريان لدعم والحفاظ على تقاسم الطيف الخالي من التداخل. توفر تقنيات سبر القناة، التي يتم فيها إرسال إشارة اختبار معروفة من موقع معين إلى جهاز استقبال متنقل أو ثابت، بيانات تقدر خصائص القناة الراديوية في بيئات مختلفة. وتستخدم البيانات لتطوير وتحسين النماذج التي تتنبأ بدقة أكبر بخسائر الانتشار أو توهين الإشارة. وقد تعزى هذه الخسائر إلى الحجب والتأمل من جانب المباني وغيرها من العقبات (أي الأشجار أو التضاريس في الأخادي الحضرية). وتنتج هذه العقبات مسارات انتشار متعددة ومتغيرة قليلاً مما يؤدي إلى فقدان الإشارة أو توهينها بين هوائي الإرسال والاستقبال.
تنتج تقنيات القياس الخاصة بـ ITS نتائج دقيقة وقابلة للتكرار وغير متحيزة. وقد شجعت دائرة دعم الهياكل المالية المعهد على تبادل معارفه المؤسسية مع المجتمع التقني الأوسع نطاقا. وتشمل هذه المعرفة كيفية قياس بيانات نشر الترددات الراديوية ومعالجتها على النحو الأمثل. وتصف المذكرة التقنية TM-19-5352و33,و4و55 التي نشرت مؤخراً مجموعة من أفضل الممارسات لإعداد نظم قياس الانتشار الراديوي والتحقق منها. وكجزء من هذه الممارسات الفضلى، يُستخدم نظام قياس المكونات لقياس الخسائر أو المكاسب التي حققها نظام القياس بدقة. ثم تستخدم المكاسب والخسائر لحساب التوهين إشارة بين هوائيين.
ويتناول البروتوكول المعروض هنا أفضل الممارسات لمعايرة VNA5 قبل الاختبار في التطبيقات المختبرية أو الميدانية. وتشمل هذه الوقت الاحماء، واختيار نوع موصل RF، وإجراء اتصالات مناسبة، وأداء خطوات المعايرة المناسبة. وينبغي إجراء المعايرة في بيئة مختبرية خاضعة للرقابة قبل جمع البيانات في سياق سيناريو محدد لقياس الانتشار. وقد تكون هناك اعتبارات إضافية ذات صلة ببيئات محددة لقياس الانتشار، تقع خارج نطاق هذا البروتوكول.
يتم استخدام VNA لقياس خصائص الجهاز من المكونات والتجميعات الفرعية عند تجميع أنظمة القياس الأخرى. مكبرات الصوت السلطة، وأجهزة الاستقبال، والمرشحات، ومكبرات الصوت منخفضة، خلاطات، والكابلات، والهوائيات كلها المكونات التي يمكن أن تتميز VNA. قبل اختبار و/أو معايرة نظام، يتم إعداد قائمة بجميع المكونات المطلوبة من النظام، ويتم تجميع جميع مكونات النظام. يتم قياس كل مكون من مكونات النظام بشكل منفصل عن طريق إدراجها بين كبلات VNA. وهذا يضمن أن جميع المكونات تعمل ضمن مواصفات الشركة المصنعة. بمجرد فحص المكونات ، يتم تجميع النظام ، ويتم قياس الخسائر في جميع أنحاء النظام بأكمله. وهذا يضمن أن التأملات والإرسال بين المكونات يتم توصيفها بشكل صحيح.
يقيس VNA معلمات التشتت (S-Parameters) ، وهي كميات ذات قيمة معقدة ذات حجم ومرحلة على حد سواء. المعلمة S هي قياس نسبة إما الإشارة المنعكسة 1) إلى إشارة الحادث (قياس الانعكاس) أو 2) إشارة مرسلة إلى إشارة الحادث (قياس الإرسال). بالنسبة لجهاز منفذين، يمكن قياس أربعة معلمات S (S11و S21و S12و S22). يشير النص الفرعي الأول إلى المنفذ الذي يتم تلقي الإشارة إليه، ويشير الثاني إلى المنفذ الذي يتم إرسال الإشارة إليه. وهكذا، فإن S11 تعني أن الإشارة المرسلة نشأت في الميناء 1 ووردت في الميناء 1. بالإضافة إلى ذلك، S21 يعني أن الإشارة المرسلة نشأت مرة أخرى في المنفذ 1 ولكن يتم تلقيها في المنفذ 2. يقيس S11 مقدار الإشارة التي يعكسها الجهاز قيد الاختبار (DUT) في المنفذ 1 مع الإشارة الأصلية التي كانت حادثة في المنفذ 1. يقيس S21 كمية الإشارة التي يتم إرسالها عبر DUT وتصل إلى المنفذ 2 مع الإشارة إلى إشارة الحادث في المنفذ 1. S11 هو مقياس معامل انعكاس DUT في المنفذ 1، وS21 هو مقياس معامل انتقال DUT من المنفذ 1 إلى المنفذ 2.
مطلوب معايرة VNA لإزالة الأخطاء المنهجية من المكونات حتى (بما في ذلك) مستوى مرجعي القياس، والذي عادة ما يكون في نهاية كابلات قياس VNA. المعايرة تزيل أخطاء النظام عن طريق قياس المعايير المعروفة "المثالية" (المفتوحة، السراويل القصيرة، الأحمال، من خلال/خط) ومقارنتها بالقيمة التي يقيسها VNA. من خلال سلسلة من تصحيحات الأخطاء، يتم عرض قيمة مصححة لـ DUT. يوجد حاليًا 12خطأ6،7 تم توصيفها أثناء المعايرة. لمزيد من المعلومات، راجع القياسات الأصلية S-المعلمة التي تم إجراؤها على أجهزة تحليل شبكة ستة موانئ8 مدعومة بنظرية دائرة الميكروويف الكلاسيكية9،10.
الأنواع الأكثر شيوعا ً من قياسات انعكاس S-parameter هي فقدان الإرجاع، ونسبة الموجة الدائمة (SWR)، معامل الانعكاس، ومطابقة المعاوقة. الأنواع الأكثر شيوعا ً من قياسات انتقال S-parameter هي فقدان الإدراج، معامل الإرسال، الكسب/الخسارة، تأخير المجموعة، تأخير المرحلة أو المرحلة، والتأخير الكهربائي. يتم التأكيد على قياسات فقدان الإرسال في البروتوكول الموصوف.
وقياس المكاسب والخسائر في مكونات النظام باستخدام نظام عدم الانتشار أمر مفهوم جيداً. ومع ذلك، غالبًا ما يتم تخطي الخطوات الهامة، مثل تنظيف الموصلات واستخدام مفتاح عزم الدوران المناسب. ويوفر هذا البروتوكول جميع الخطوات والتفسيرات اللازمة للأسباب التي تجعل بعضها ذا أهمية خاصة. كما سيكون بمثابة مقدمة لمقال مستقبلي يصف كيفية إجراء قياسات انتشار الترددات الراديوية، بما في ذلك حسابات توهين الإشارة.
Protocol
1. VNA انشاء
- جمع جميع مكونات نظام قياس الانتشار، بما في ذلك الكابلات ومكبرات الصوت والفلاتر وDUTs (التي يمكن أن تكون تجميعات فرعية) وغيرها من المكونات.
- بدوره على VNA(الشكل 1)،والسماح لها الحارة لمدة لا تقل عن 0.5 ساعة لضمان أن جميع المكونات الداخلية للVNA هي درجة حرارة تشغيل مستقرة وأنه يتم تقليل الانجراف المرحلة.
- اضغط على زر الإعداد المسبق.
- إرفاق كابلات عالية الجودة ومستقرة على مراحل إلى الموانئ 1 و 2 من VNA(الشكل 2).
- تشديد الموصلات في منافذ VNA مع 8 in.lbf. وجع عزم الدوران. لعزم الاتصال بشكل صحيح، عقد نهاية مقبض ودفع بلطف مقبض دون السماح للمقبض لكسر على طول الطريق.
- فحص بصريا جميع الكابلات والموصلات لعلامات واضحة من ارتداء مثل nicks، الخدوش، وخيوط موصل ناقصة.
- تحقق من مواصفات الشركة المصنعة لنطاقات قياس صالحة لكافة الكابلات والموصلات وDUTs. يمكن أن تشمل هذه المواصفات درجة الحرارة والرطوبة والتردد والطاقة.
- تنظيف الموصلات على جميع الأجهزة ونهايات الكبل. استخدم مسحات مصممة خصيصًا لتنظيف الإلكترونيات والموصلات الحساسة. يمكن أن يؤدي استخدام الكابلات ذات الموصلات القذرة إلى إتلاف أسطح الكابلات السارية وإنتاج قياسات غير دقيقة.
- تراجع مسحة القطن في الكحول ايزوبروبيل.
- تنظيف بلطف موصل مركز(الشكل 3A)باستخدام مسحة مبللة. لا تمارس الكثير من القوة على موصل المركز ، حيث أنه معطوب بسهولة.
- تنظيف الموصل الخارجي لكل موصل(الشكل 3B). تنظيف خيوط الجوز اقتران.
- تجفيف جميع الكابلات وموصل ينتهي باستخدام الهواء المضغوط نظيفة(الشكل 3C). إذا كان الهواء المضغوط يبرد الموصل، فاسمح للموصل بالعودة إلى درجة حرارة الغرفة (RT) قبل إجراء جميع الاتصالات وتشديدها.
- قم بمحاذاة الكابلات VNA وجعلها على المنافذ 1 و2 وDUT. تشديد مع 12 in.lb. وجع عزم الدوران للاتصالات نوع N(الشكل 4). تأكد من محاذاة نهايات الكبل بشكل صحيح.
- ابدأ في تدوير الموصل على جانب DUT على مؤشرات ترابط كبل VNA. الاتصالات المناسبة تسمح للجوز لتدور بحرية مع القليل من المقاومة. المقاومة هي علامة على الترابط المتبادل. يمكن أن يؤدي عدم المحاذاة إلى تلف الموصل أو تسبب انعكاسات الإشارة وفقدان الإشارة. لا تُشدّ الموصل، لأن ّ هذا سُمّي الضرر بالموصل.
- ترتيب الكابلات من VNA بحيث تتحرك الحد الأدنى أثناء المعايرة. كابلات المعايرة مستقرة على مراحل ومن الناحية المثالية لا عازمة أو نقل أثناء المعايرة.
- ضبط معلمات قياس VNA وفقًا لمواصفات DUT. ويمكن أيضا تحديد نطاق التردد باستخدام نطاق التردد والوسط المعروف باسم "المدى".
- حدد نطاق التردد. اختر قائمة التحفيز | فريك | بدء التردد: 1700 ميغاهرتز. اختر قائمة التحفيز | فريك | إيقاف التردد: 1900 ميغاهرتز.
- حدد نوع القياس (على سبيل المثال، S11، S12، S21، S22). اختر قائمة الاستجابة | قياس | S21.
- حدد طاقة المنفذ وضبطها. اختر قائمة التحفيز | الطاقة | ضبط طاقة المنفذ: 0 dBm. تأكد من أن طاقة الإخراج تساوي (أو أقل) مواصفات الطاقة القصوى DUT.
- حدد إعدادات الاجتياح وضبطها. اختر قائمة التحفيز | الاجتياح | نوع الاجتياح: صعدت. اختر قائمة التحفيز | الاجتياح | الوقت | اكتساح الوقت: 1 ثانية. ثم اختر قائمة التحفيز | الاجتياح | إعداد الاجتياح | وقت السحول: 0 ميكروثانية.
ملاحظة: الاجتياح السهو هو نوع الاجتياح الأكثر دقة، حيث أنه يخطو إلى كل تردد ويسكن بتردد قبل إجراء القياس. إذا كان استخدام الكابلات الطويلة، قد تحتاج إلى زيادة وقت السُرُل لضمان وصول الإشارة إلى جهاز الاستقبال بعد القياس. وقت يسكن 0 μs هو الإعداد الافتراضي الأمثل. - حدد وضبط وضع المتوسط عن طريق اختيار قائمة الاستجابة | متوسط | متوسط: IFBW:1 كيلو هرتز.
ملاحظة: اختر نوع المتوسط المناسب: متوسطات "متوسط نقطة متوسط" كل نقطة تردد عدد من الأوقات المحددة (أي 2 و4 16 و32 وما إلى ذلك) ، مما يقلل من أرضية الضوضاء وعدم اليقين ولكنه يزيد من وقت الاجتياح. يستخدم IFBW فلترًا لقياس الطاقة في عرض نطاق ترددي صغير ، مما يقلل أيضًا من أرضية الضوضاء ولكنه يتطلب وقتًا أقل للقياس. متوسط IFWB يميل إلى أن يكون أكثر الأمثل في المتوسط تقنية. - اختر تنسيق البيانات المعروضة (على سبيل المثال، LogMag [الإعداد الافتراضي] ، مخطط سميث ، SWR ، إلخ) عن طريق تحديد قائمة الاستجابة | تنسيق | لوجيج.
- اختر عدد نقاط البيانات في التتبع المعروض باستخدام قائمة التحفيز | الاجتياح | عدد النقاط: 1601.
ملاحظة: يتم تعيين عدد النقاط بحيث يمكن تحقيق تغطية التردد القصوى بين تردد البدء والتوقف:
في المثال أعلاه، حجم الخطوة أو تباعد التردد هو 0.125 ميغاهرتز، بحيث التردد (1) = 1700.000 ميغاهرتز، التردد (2) = 1700.125 ميغاهرتز، ... التردد (1600) = 1899.875 ميغاهرتز، التردد (1601) = 1900 ميغاهرتز.
2. معايرة VNA
- اختر المعايرة اليدوية أو الإلكترونية، إذا كانت وحدة المعايرة الإلكترونية متوفرة ومرغوبة (انظر القسم 2-11). إما المعايرة دقيقة.
- اختر المعايرة اليدوية عن طريق تحديد الاستجابة | قائمة كال | ابدأ كال | معالج المعايرة | غير موجه.
- اختر مجموعة المعايرة المناسبة بحيث يتم معرفة قيمة دقيقة للمعايير في مجموعة المعايرة المحددة(الشكل 5). هنا، اختر 85054D، ثم اختر معايرة التحميل القصير من خلال (SOLT) ذات المنفذين (لـ DUT مع منفذين). المعايرة الأخرى المتاحة هي منفذ واحد لجهاز مع منفذ واحد، بالإضافة إلى معايرة استجابة. وSOLT هو الخيار الأكثر دقة11.
- اختر التالي للانتقال إلى الشاشة التالية.
- إرفاق معيار معايرة مفتوحة(الشكل 6)إلى الكبل المرفق بالمنفذ 1. يحتوي معيار المعايرة المفتوح على تجويف مفتوح خلف الموصل لمحاكاة مقاومة الفضاء الحر 377 درجة.
- إرفاق معيار معايرة قصيرة إلى الكبل المرفق بالمنفذ 2. يحتوي short على لوحة معدنية خلف الموصل بحيث ينعكس الجهد الوارد تمامًا.
- اختر المنفذ 1 | مفتوح | نوع N (50) أنثى مفتوحة، والتي تقوم بقياس فتح المرفقة. سيظهر التتبع على شاشة VNA، وينحدر بلطف بعيدًا عن مستوى مرجع dB 0 على تنسيق عرض S11بحجم السجل للمعيار المفتوح. بمجرد اكتمال القياس (ستظهر علامة الاختيار فوق المعيار)، اضغط على زر موافق للمتابعة. سيؤدي ذلك إلى إرسال المستخدم مرة أخرى إلى الشاشة السابقة.
- اختر معيار معايرة ذكرأو أنثى مع موصل نفس الجنس مثل موصل DUT (أي أن معيار معايرة الذكور يحتوي على دبوس المركز ، وسيكون لمعيار المعايرة الأنثوية منفذ قابل للإدراج). تتطلب VNAs القديمة معيار معايرة استنادًا إلى جنس كابل VNA.
- اختر المنفذ 2 | قصير | نوع N (50) أنثى قصيرة، والتي تقوم بقياس القصير المرفق. سيظهر التتبع على شاشة VNA، وينحدر بلطف بعيدًا عن مستوى مرجع dB 0 على تنسيق عرض S11بحجم السجل للمعيار القصير. بمجرد اكتمال القياس (ستظهر علامة الاختيار فوق المعيار)، اضغط على زر موافق للمتابعة. سيؤدي ذلك إلى إرسال المستخدم مرة أخرى إلى الشاشة السابقة.
- قم بتبديل معايير المعايرة بين المنافذ (أي إرفاق معيار المعايرة المفتوح بالمنفذ 2، ثم إرفاق معيار المعايرة القصير بالمنفذ 1).
- اختر المنفذ 1 | قصير | نوع N (50) أنثى قصيرة لقياس قصيرة على المنفذ 1. سيظهر التتبع على شاشة VNA، وينحدر بلطف بعيدًا عن مستوى مرجع dB 0 على تنسيق عرض S11بحجم السجل للمعيار القصير. بمجرد اكتمال القياس (ستظهر علامة الاختيار فوق المعيار)، اضغط على زر موافق للمتابعة. سيؤدي ذلك إلى إرسال المستخدم مرة أخرى إلى الشاشة السابقة.
- اختر المنفذ 2 | مفتوح | نوع N (50) أنثى مفتوحة لقياس فتح على المنفذ 2. سيظهر التتبع على شاشة VNA، وينحدر بلطف بعيدًا عن مستوى مرجع dB 0 على تنسيق عرض S11بحجم السجل للمعيار المفتوح. بمجرد اكتمال القياس (ستظهر علامة الاختيار فوق المعيار)، اضغط على زر موافق للمتابعة. سيؤدي ذلك إلى إرسال المستخدم مرة أخرى إلى الشاشة السابقة.
- قم بإزالة القصير من المنفذ 1 ووضع تحميل النطاق العريض على المنفذ 1. يمتص الحمل الطاقة الواردة، مما يؤدي إلى انعكاس صغير على مجموعة كبيرة من الترددات.
- اختر المنفذ 1 | الأحمال | اكتب N (50) تحميل النطاق العريض لقياس الحمل على المنفذ 1. بمجرد اكتمال القياس (ستظهر علامة الاختيار فوق المعيار)، اضغط على زر موافق للمتابعة. سيؤدي ذلك إلى إرسال المستخدم مرة أخرى إلى الشاشة السابقة.
- حافظ على معيار المعايرة الحالي على المنفذ 2. لا تترك المنفذ مفتوحًا، لأنه قد يوفر مسارًا لإشارات التسرب. سيظهر التتبع على شاشة VNA ويختلف عبر الشاشة. ستكون كافة القيم المقاسة على تنسيق عرض S11، بحجم السجل أقل من -20 ديسيبل لتحميل جيد.
- قم بإزالة الفتح من المنفذ 2، وخذ تحميل النطاق العريض من المنفذ 1، ووضع تحميل النطاق العريض على المنفذ 2. ضع الباب المفتوح من المنفذ 2 على المنفذ 1 لمنع إشارات التسرب.
- اختر المنفذ 2 | الأحمال | اكتب N (50) تحميل النطاق العريض لقياس الحمل على المنفذ 2. سيظهر التتبع على شاشة VNA ويختلف عبر الشاشة. ستكون كافة القيم المقاسة على تنسيق عرض S11، بحجم السجل أقل من -20 ديسيبل لتحميل جيد. بمجرد اكتمال القياس (ستظهر علامة الاختيار فوق المعيار)، اضغط على زر موافق للمتابعة. سيؤدي ذلك إلى إرسال المستخدم مرة أخرى إلى الشاشة السابقة.
- إدراج معيار معايرة من خلال بين الكابلات المرفقة بالميناءين 1 و 2. هذا هو عادة محول مع موصلات نفس الجنس على كلا الطرفين.
- اختر THRU لقياس معيار المعايرة من خلال. بمجرد اكتمال القياس، ستظهر علامة اختيار أعلى معيار THRU على هذه الشاشة.
ملاحظة: يمكن عادة ً حذف قياس العزل أثناء المعايرة حيث يقيس العزل ة أن الكلام المتقاطع بين الكابلات وقيمته غالباً ما يكون صغيراً جداً مقارنة بالمعايير الأخرى. يمكن إجراء قياسات المعايرة أعلاه بأي ترتيب.
- اختر THRU لقياس معيار المعايرة من خلال. بمجرد اكتمال القياس، ستظهر علامة اختيار أعلى معيار THRU على هذه الشاشة.
- بمجرد أن يكون لجميع المعايير علامة اختيار فوقها، احفظ المعايرة. اختر التالي | حفظ كالسيت المستخدم. أدخل اسمًا للمعايرة واضغط على زر SAVE.
- تحقق من المعايرة كما هو مفصل في القسم 3.
- إذا لم يتم اختيار المعايرة اليدوية، اختر خيار المعايرة الإلكترونية12. إرفاق طقم المعايرة الإلكترونية(الشكل 7)إلى الكابلات بين الموانئ 1 و 2. حدد الاستجابة | قائمة كال | ابدأ كال | معالج المعايرة | المعايرة الإلكترونية مع خيار المعايرة الإلكترونية.
- اختر 2-منفذ ECal | بعد ذلك، ثم حدد زر القياس. ستقوم وحدة المعايرة الإلكترونية تلقائيًا بقياس عدد من المعايير المختلفة ومطالبة المستخدم بحفظ المعايرة في النهاية.
- اختر التالي | حفظ كالسيت المستخدم. أدخل اسمًا للمعايرة واضغط على زر SAVE.
ملاحظة: للمعايرة الإلكترونية يتم توصيل الكابلات من المنافذ 1 و 2 فقط بالوحدة النمطية. وترد جميع معايير المعايرة في الوحدة. ستقوم المعايرة الإلكترونية بمعايرة المعايير الداخلية تلقائيًا. إذا لم يكن لوحدة المعايرة الإلكترونية نفس أنواع الموصل مثل الكابلات، فستحتاج إلى إكمال معايرة إضافية لتعديل تصحيحات أخطاء المعايرة الواردة داخل الوحدة النمطية لحساب المحولات. تأكد من التحقق مع الشركة المصنعة للحصول على التوجيه.
3. التحقق من المعايرة
- استخدام من خلال للتحقق من المعايرة.
- توصيل محول من خلال(الشكل 6)دون علامات واضحة من ارتداء إلى الكابلات بين الموانئ 1 و 2. لا تقيس معيار المرور. اختيار من خلال مختلفة.
- اختر الاستجابة | قياس | S21، ثم الاستجابة | مقياس | مقياس. تعيين قيمة لكل قسمة إلى 0.1 عن طريق الضغط على زر السهم لأسفل. اختر قائمة التحفيز | الزناد | واحد لقياس فقدان الإدراج من خلال. سيظهر مسح واحد عبر نطاق التردد.
ملاحظة: قيمة من خلال على مؤامرة حجم سجل تقع ضمن 0.05 ديسيبل من المرجع dB 0(الشكل 8)للمعايرة الكافية. هذه قيمة تجريبية تم الحصول عليها على مدى سنوات عديدة من المعايرة. ويمكن رؤية ذلك عن طريق تغيير المقياس إلى 0.05 ديسيبل لكل قسمة. - بمجرد التحقق من هذا المنخلال، أعد المقياس إلى 10 ديسيبل/تقسيم ة عن طريق اختيار الاستجابة | مقياس | مقياس وتعيين قيمة لكل قسم إلى 10. اختر الاستجابة | قياس | S11.
- اختر قائمة التحفيز | الزناد | واحد لقياس S11. قيمة الخير من خلال ما يلي: | S11| = -20 ديسيبل (1٪ انعكاس في السلطة و 10٪ انعكاس في الجهد).
ملاحظة: يعرض تمثيل مخطط سميث13 المعاوقة. تظهر قياسات S11 و S22 كدائرة صغيرة في وسط المخطط. قيمة المعاوقة هي ضمن 0.5 درجة من المرجع 50 للمعايرة الكافية.
- استخدم حمولة 50 درجة للتحقق من المعايرة.
- إرفاق تحميل مطابقة 50 إلى المنفذ 1.
- اختر قائمة التحفيز | الزناد | واحد لقياس S11.
ملاحظة: تحميل مطابقة أقل من -20 ديسيبل (معامل الانعكاس للتحميل المثالي هو 0). سيظهر هذا أيضًا كدائرة صغيرة في وسط مخطط سميث(الشكل 9).
- استخدم معيار معايرة مفتوح للتحقق من المعايرة.
- قم بتوصيل معيار معايرة مفتوح.
- اختر قائمة التحفيز | الزناد | واحد لقياس S11. فتح هو dB 0 على قطعة أرض حجم السجل (معامل انعكاس فتح مثالية هو 1). على مخطط سميث، يظهر فتح كدائرة صغيرة في 0 على أقصى اليمين(الشكل 9)لمعايرة كافية.
- استخدم معيار معايرة قصير للتحقق من المعايرة.
- قم بتوصيل معيار معايرة قصير.
-
اختر قائمة التحفيز | الزناد | واحد لقياس S11. القصير هو 0 ديسيبل (معامل انعكاس اختصار مثالي هو -1) على قطعة الأرض بحجم السجل. في مخطط سميث، تظهر القيمة كدائرة على أقصى اليسار(الشكل 9)للمعايرة الكافية.
ملاحظة: إذا فشل اختبار المعايرة، تحقق من الاتصالات وكرر المعايرة. إذا كانت المعايرة جيدة، استمر في القسم 4.
4- قياس المكونات أو خسائر النظام
- قم بتوصيل DUT بـ VNA. إذا كان DUT يحتوي على أكثر من منفذين (أي مفاتيح، فواصل الطاقة، وما إلى ذلك)، قم بإرفاق الأحمال المتطابقة 50 درجة إلى المنافذ غير المتصلة بVNA، حيث ستنعكس الطاقة من هذه المنافذ وتغير القياس.
- حدد الاستجابة | قياس | S21.
- حدد قائمة التحفيز | الزناد | واحد لقياس DUT.
- حدد ملف | حفظ البيانات كما... . اكتب اسم ملف في مربع اسم الملف. اختيار نوع ملف من أي . CSV أو تتبع (*.s2p). اختر النطاق (القيمة الافتراضية للتتبعات المعروضة مناسبة هنا). اختر تنسيقًا (على سبيل المثال، حجم السجل وزاوية، والحجم الخطي والمرحلة، والحقيقي والوهمي، والشكل المعروض [مثل مخطط سميث]). اضغط على حفظ لحفظ البيانات.
- تحقق من نتائج اختبار عامل تصفية ممر الفرقة وتحليلها. يتم توضيح مثال في الخطوات التالية.
- تحديد أجزاء من التتبع عن طريق وضع علامات على التتبع. حدد علامة / تحليل | علامة | علامة 1 واضغط موافق.
- حدد علامة / تحليل | علامة البحث | الحد الأقصى للعثور على فقدان الإدراج من عامل تصفية التتبع. ويمكن أيضا أن تستخدم مقبض على اللوحة الأمامية لتحديد ماكسيما وminima في حين تجتاح علامة عبر نقاط التردد.
- حدد علامة / تحليل | علامة < علامة 1،ثم حدد علامة دلتا وعلامات مقرونة. يجب قراءة قيمة هذه العلامة كما هو موضح على الشاشة dB 0. سيؤدي ذلك إلى تعيين قيمة مرجعية للعلامات الأخرى.
- حدد علامة / تحليل | علامة... | علامة 2 | تشغيل | علامات مقترنة. انقر داخل مربع التحفيز لتسليط الضوء على التردد، ثم تحريك مقبض الباب حتى قراءة علامة 2 على الشاشة يظهر -3 ديسيبل.
- حدد علامة / تحليل | علامة... | علامة 3 | تشغيل | علامات مقترنة. انقر داخل مربع التحفيز لتسليط الضوء على التردد وتحريك مقبض الباب حتى قراءة علامة 3 على الشاشة يظهر -3 ديسيبل.
- قارن القيم المقاسة بالقيم الخاصة بمواصفات عامل تصفية الشركة المصنعة.
Representative Results
عند التحقق مما إذا كان المكون يعمل بشكل صحيح، من المهم الاطلاع على مواصفات الشركة المصنعة، والتي يمكن العثور عليها على مواقع الويب الخاصة بها. هنا ، تم قياس المرشح(الشكل 10)بعد استشارة مواصفاته14. كما هو موضح في الشكل 11، تم تحديد فقدان الإدراج ، بالإضافة إلى نقاط dB 3. وكان مقدار فقدان الإدراج المقيس بعد المعايرة، كما هو مبين في العلامة 1، 0.83 ديسيبل. تشير الإشارة السلبية إلى أنها كانت خسارة. يتم تحديد فقدان الإدراج في المرجع ليكون 0.8 ديسيبل معدلة (dBa). تغير عرض النطاق الترددي مقاس 3 ديسيبل للفلتر من 1749 ميغاهرتز إلى 1854 ميغاهرتز. وعند طرح ها، أسفر ذلك عن قيمة 105 ميغاهرتز، وهي قريبة من القيمة النموذجية البالغة 104.5 ميغاهرتز.
هناك 10 dB attenuators بنيت لتحمل قوة الإدخال من 50 W، كما هو موضح في مواصفات الشركة المصنعة15. مواصفات التوهين لهذا التوهين هو 10 ديسيبل ± 0.5 ديسيبل. في مرحلة ما، كانت قوة الإدخال أكبر من 50 واط مدخلات في الملتوهين، مما أضر بالتوهين. تم استخدام VNA معايرة للتحقق من جودة هذا المكون. ومرة أخرى، من المهم قياس كل عنصر قبل جميع القياسات الميدانية لضمان الجودة. يظهر قياس DUT في الشكل 12. وبالمقارنة، يظهر قياس مديّن 10 ديسيبل جيد في الشكل 13. وتجدر الإشارة إلى أن القيمة المقاسة كانت 9.88 ديسيبل عند 1750 ميغاهرتز، وهي ضمن النطاق المحدد من -9.5 إلى -10.5 ديسيبل عبر عرض النطاق الترددي بأكمله الذي يتراوح بين 1700 و1900 ميغاهرتز.
وأخيراً، فإن فقدان الكابلات هو مقياس هام آخر كثيراً ما يُجرى في قياسات الترددات الراديوية. يمكن العثور على مواصفات الكبل المقاس في الصفحة 5 من ورقة البيانات16. وكان التوهين لكل قدم (dB/ft) 0.05 ديسيبل عند 1 غيغاهرتز، أو 0.16 ديسيبل/متر. كابل يقاس بطول 36 قدم/ 11 م كان خسارة محددة من 1.8 ديسيبل ~، وفقا للشركة المصنعة. وتظهر الخسارة المقاسة في الشكل 14. وعند تردد 1750 ميغاهرتز، كانت الخسارة المقيسة -1.88 ديسيبل (التي تبلغ قوتها 1.9 ديسيبل عند تقريبها إلى أقرب عُشر ديسيبل).
الشكل 1: تشغيل VNA. تمثل الدائرة الحمراء موقع زر الطاقة VNA. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: كابلات عالية الجودة ومستقرة على مراحل متصلة بمنفذين من منافذ VNA. يتم إرفاق الكابلات إلى اللوحة الأمامية للVNA باستخدام 8 in.lbf. وجع عزم الدوران. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: تنظيف الموصلات. (أ)تنظيف الموصلات الداخلية،(B)تنظيف الموصل الخارجي والخيوط، و(C)ضربة بلطف تجفيف الموصل باستخدام الهواء المضغوط. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: a 12 in.lbf. وجع عزم الدوران لموصلات N نوع. يتم استخدام هذا وجع لتشديد الاتصالات بين الكابلات VNA وDUT. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: نوع N طقم المعايرة. يظهر هنا مجموعة معايرة تحتوي على معايير مفتوحة وقصيرة والتحميل والمرور المستخدمة لمعايرة الأخطاء في VNA. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: معايير معايرة النوع N. صور معايير المعايرة للذكور والإناث المستخدمة في المعايرة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: وحدة المعايرة الإلكترونية. صورة فوتوغرافية لوحدة معايرة إلكترونية. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 8: من خلال فحص المعايرة بعد المعايرة على قطعة أرض بحجم السجل كدالة للتردد في GHz. قيمة من خلال هو 0.01 ديسيبل على تردد 1.8 غيغاهرتز. وهذا يدل على قيمة من خلال كدالة التردد في GHz بعد المعايرة. يتم استخدام من خلال كفحص المعايرة للتأكد من أن المعايرة صالحة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 9: شرح سميث للمخطط. وترد مواقع قيمة المعاوقة الحقيقية والوهمية للمعاوقة القياسية في الرقم الأيسر، وتظهر قيم حجم المعاوقة في الشكل الأيمن17. يُظهر هذا الرسم البياني سميث المعاوقة الحقيقية والوهمية على اليسار وحجم المعاوقة على اليمين. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 10: مرشح RF إدراجبين المنفذين 1 و 2. صورة لفلتر RF تم إدراجه بين المنفذين 1 و 2 في نهاية كبلات VNA أثناء القياسات. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 11: خسارة الإدراج المقيسة و3 نقاط ديسيبل لمرشح RF مع المواصفات الواردة في الشكل 9. هذا هو لقطة شاشة من VNA أثناء قياس مرشح RF الذي يظهر في الشكل 10. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 12: قياس 10 ديسيبل مديّن لا يدخل في حدود مواصفاته. القيمة المقاسة هي -22.70 ديسيبل عند 1.7 جيجاهرتز ومواصفاتها هي 10 ديسيبل ± 0.5 ديسيبل. كما يظهر قياس مدي 10 ديسيبل الذي لم يعد ضمن مواصفاته. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 13: قياس 10 ديسيبل للتخفيف ضمن مواصفاته. وكانت القيمة المقاسة -9.88 ديسيبل. كما يظهر قياس مدي ّ 10 ديسيبل الذي يدخل ضمن مواصفاته. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 14: قياس كابل محوري بطول 36 قدمًا (11 مترًا) بقيمة تنيّز محددة بقيمة 0.05 ديسيبل/قدم. وكان من المتوقع أن تكون الخسارة من خلال طول الكابل ~ 1.8 ديسيبل، وهو ما يتفق مع القيمة المقاسة من -1.9 ديسيبل في 1.87 غيغاهرتز. كما يتم عرض قياس كبل يوضح أن الخسارة المقاسة تقع ضمن مواصفات الشركة المصنعة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Discussion
من المهم السماح لVNA بالدفء إلى RT لمدة لا تقل عن 0.5 ساعة (على الرغم من أن ساعة واحدة أفضل) قبل إجراء المعايرة ، مما يسمح لجميع المكونات الداخلية بالوصول إلى RT ويؤدي إلى معايرات أكثر استقرارًا. يمكن أن تستمر المعايرة الواحدة عدة أيام دون فقدان كبير للدقة. ومع ذلك، يتم فحص المعايرة يوميا باستخدام معيار المعايرة لضمان سلامة القياس. فحص كافة مكونات النظام ضروري بحيث لا تضر الموصلات السيئة بدقة VNA. فمن الأفضل لاستخدام كابلات الخسارة المنخفضة مع VNA. يجب التحقق من سلامة المعايرة قبل قياس أي مكون من مكونات النظام أو DUT. وينبغي تكرار أي قياس خارج المواصفات المنصوص عليها هنا أو قد يتطلب معايرة جديدة. وأخيراً، استخدام مواصفات الشركة المصنعة للتحقق من قيم DUT المقاسة هو جزء ضروري من التحقق من الصحة.
استخدام VNA كأداة قياس له حدوده. إذا كان DUT أو النظام لديه خسائر كبيرة بحيث تقع معلمات S المقاسة تحت أرضية الضوضاء في VNA، فلا يمكن قياسها باستخدام VNA. فمن الممكن لخفض الكلمة الضوضاء عن طريق خفض عرض النطاق الترددي IF وزيادة وقت الاجتياح. وهذا من شأنها أن تبطئ وقت اقتناء القياس؛ وبالتالي، هناك مفاضلة عند ضبط هذه المعلمات. لا يمكن لـ VNA التعامل مع قوى الإدخال أكبر من 30 ديسيبل ، لذلك يتم استخدام التوهين الداخلي أو الخارجي عند قياس مكبرات الصوت. وللأداة النووية مصدر واستقبال موجودان في نفس الأداة، ولذلك فقد استخدم كنظام لقياس الانتشار الراديوي. لأن المصدر والمتلقي موجودان في VNA، يجب ضم منفذ الإرسال بطريقة ما إلى منفذ الاستقبال. عادة، يتم ذلك مع الكابلات. ومع ذلك ، تضيف الكابلات خسارة ، مما يقلل من النطاق الديناميكي لما يمكن قياسه. وعلاوة على ذلك، تصبح مسافات الانفصال محدودة.
الطريقة الأخرى التي يمكن قياس الخسائر بها هي استخدام مولد الإشارة وعداد الطاقة. مقياس الطاقة هو جهاز قياس حجمي، لذلك يمكنه قياس حجم الإشارة فقط. ولا يمكنه رصد مرحلة الإشارة، مما يؤدي إلى قياسات أقل دقة للإشارة. يقيس VNA حجم ومرحلة (المكونات الحقيقية والوهمية) للإشارة المقاسة بالنسبة لإشارة إدخال معروفة ، وهي قياس أعلى جودة.
VNAs هي خيار متعدد الاستخدامات للعديد من أنواع القياسات. ويمكن استخدام الأداة لقياس الإشارات الراديوية المشعة باستخدام هوائيات على الموانئ المرسلة والمتلقية18. يمكن استخدام تحليل المجال الزمني لمراقبة الإشارات بمرور الوقت وتحديد مكان حدوث فاصل في كبل. يمكن قياس العديد من الترددات خلال الاجتياح ، والتي يمكن استخدامها لفهم خسائر التوهين على العديد من الترددات إما في بيئة أجريت19 أو تشع20. فهم إعدادات المعلمة المختلفة من VNA النتائج في الاختبارات/الأنظمة التي تتميز جيدا، ويمكن استخدام القياسات التي تم الحصول عليها مع DUT / النظام مع درجة عالية من الثقة.
Disclosures
وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
Acknowledgments
نشكر مكتب الطيف الدفاعي (DSO) على تمويل هذا العمل.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 12 inch-pound torque wrench | Maury Microwave | TW-12 | |
| 8 inch-pound torque wrench | Keysight Technologies | 8710-1764 | |
| Attenuators | Mini-Circuits | BW-N10W50+ | |
| Cable 1 | Micro-Coax | UFB311A – 36 feet | |
| Calibration Standard Set (1) (manual) | Keysight Technologies | Economy Type-N Calibration kit, 85054 D | |
| Calibration Standard Set (2) (E-cal) | Agilent Technologies | Electronic Calibration Kit, N4693-60001, 10 MHz to 50 GHz | |
| Cleaning Swab | Chemtronics | Flextips Mini | |
| Compressed Air | Techspray | Need ultra filtered | |
| Filter 1 | K&L Microwave, Inc. | 8FV50-1802-T95-O/O | |
| Isopropyl Alcohol | Any brand | ||
| VNA | Keysight Technologies | There are many options available for a researcher – please consult the website |
References
- Commerce Spectrum Management Advisory Committee. 1755-1850 MHz Airborne Operations: Air Combat Training System Sub-Working Group Final Report. , (2014).
- Hammerschmidt, C. A., Johnk, R. T., McKenna, P. M., Anderson, C. R. Best Practices for Radio Propagation Measurements. U.S. Dept. of Commerce. , NTIA Technical Memo TM-19-535 (2018).
- Molisch, A. Wireless Communications - 2nd edition. , J. Wiley & Sons, Ltd. Hoboken, NJ. (2010).
- Anderson, C. R. Design and Implementation of an Ultrabroadband Millimeter-Wavelength Vector Sliding Correlator Channel Sounder and In-Building Multipath Measurements at 2.5 & 60 GHz. , Virginia Polytechnic Institute and State University. Master's Thesis (2002).
- Network Analyzer Basics. Keysight Technologies. , Available from: http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5965-7917E.pdf (2019).
- Rytting, D. Network Analyzer Error Models and Calibration Methods. , Available from: http://emlab.uiuc.edu/ece451/appnotes/Rytting_NAModels.pdf (2019).
- Rytting, D. Advances in Microwave Error Correction Techniques, Hewlett-Packard. RF & Microwave Measurement Symposium and Exhibition. , Available from: http://na.support.keysight.com/faq/adv-ocr.pdf (2019).
- Kerns, D. M., Beatty, R. W. Basic Theory of Waveguide Junctions and Introductory Microwave Network Analysis (Monographs on Electromagnetic Waves). , Pergamon Press. (1967).
- Engen, G. F. Microwave Circuit Theory and Foundations of Microwave Metrology. , Peter Peregrinus, Ltd. London, UK. (1992).
- Witte, R. A. Spectrum and Network Measurements. , Noble Publishing Corporation. Atlanta, GA. (2001).
- Jargon, J. A., Williams, D. F., Hale, P. D. Developing Models for Type-N Coaxial VNA Calibration Kits within the NIST Microwave Uncertainty Framework. 87th ARFTG Microwave Measurement Conference. , Francisco, CA. (2016).
- Keysight Electronic Calibration Modules. Keysight Technologies. , Available from: https://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/N7550-90002.pdf?id=2852836 (2019).
- Smith, P. H. Electronic Applications of the Smith Chart. , Electromagnetics and Radar, SciTech Publishing, Inc. Raleigh, NC. (2006).
- K&L Microwave. , Available from: http://www.klfilterwizard.com/klfwpart.aspx?FWS=1222001&PN=8FV50-1802_fT95-O_2fO (2019).
- Mini-Circuits. , Available from: http://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=BW-N10W50_2B (2019).
- Utiflex Flexible Microwave Cable Assemblies Brochure. , Available from: https://rf.cdiweb.com/datasheets/micro-coax/UtiflexCableAssemblies.pdf 5 (2019).
- Smith Chart Explanation. , Available from: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Smith_chart_explanation.svg (2019).
- Camell, D., Johnk, R. T., Novotny, D., Grosvenor, C. Free-Space Antenna Factors through the Use of Time-Domain Signal Processing. IEEE Intl. Symp. Electromag. Compat. , (2007).
- Baker-Jarvis, J., Janezic, M. D., Krupka, J. Measurements of Coaxial Dielectric Samples Employing Both Transmission/Reflection and Resonant Techniques to Enhance Air-Gap Corrections+. Intl. Conf. Microw., Radar & Wireless Communications. , (2006).
- Grosvenor, C., Camell, D., Koepke, G., Novotny, D., Johnk, R. T. Electromagnetic Airframe Penetration Measurements of a Beechcraft Premiere 1A. NIST Technical Note 1548. , (2008).
