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Engineering

射频传播通道测量矢量网络分析仪的校准

doi: 10.3791/60874 Published: June 2, 2020

Summary

该协议描述了在用作精确仪器之前校准矢量网络分析仪的最佳做法,用于测量射频传播测量测试系统的组件。

Abstract

射频(RF)频谱活动的原位测量提供了对射频波传播物理学的洞察,并验证现有的和新的频谱传播模型。随着频谱使用的增加,这两个参数对于支持和维护无干扰频谱共享都至关重要。这种传播测量准确、可重复且没有伪影和偏差,这一点至关重要。描述这些测量中使用的部件的增益和损耗对于其准确性至关重要。矢量网络分析仪 (VNA) 是一种成熟、高度精确且用途广泛的设备,可测量信号的量级和相位(如果校准正确)。本文详细介绍了校准 VNA 的最佳做法。校准后,可用于精确测量正确配置的传播测量(或通道探测)系统的组件,或可用作测量系统本身。

Introduction

电信科学研究所 (ITS) 是美国商务部机构国家电信和信息管理局 (NTIA) 的研究实验室。自 20 世纪 50 年代以来,ITS 一直活跃在无线电传播测量中。频谱共享是联邦和商业频谱用户的新模式,要求两个不同的系统同时共享相同的无线电频谱。随着频谱共享方案的增加,对准确和可重复的无线电传播测量的需求也不断增加,从而更好地了解了多个服务必须共享的无线电环境。所述过程的目标是确保构成此类系统的任何组件都具有精确配置的 VNA 的特征。

虽然对频谱的需求增加,但联邦机构目前用于商业目的的快速自由频谱并不总是可能的。例如,在高级无线服务 (AWS)-3 频段 (1755~1780 MHz) 中,军事服务和商业无线运营商1之间正在开发频谱共享安排。这些安排允许商业无线运营商在完成军事服务从频段外过渡之前进入 AWS-3 频段。

国防频谱组织 (DSO) 负责管理 AWS-3 过渡。过渡的一个关键部分涉及开发新的传播模型,以评估共享频段的军事和商业无线系统之间射频干扰的可能性。DSO 已责成 ITS 和其他方面执行一系列通道探测测量,以构建新的模型,以更好地计算树叶和人造结构对环境的影响(统称为杂波)。改进的传播建模,考虑杂乱将导致军事系统附近的商业发射机受到的限制减少。

射频频谱活性的原位测量提供了对射频波传播物理学的洞察,并验证现有的和新的无线电传播模型。这两个组件对于支持和维护无干扰频谱共享至关重要。信道探测技术,其中已知的测试信号从特定位置传输到移动或固定接收器,提供数据,估计不同环境中的无线电通道特性。这些数据用于开发和改进模型,以更准确地预测信号的传播损失或衰减。这些损失可能是由于建筑物和其他障碍物(即城市峡谷中的树木或地形)的阻挡和反射造成的。这些障碍产生多个,稍微变异,传播路径,导致信号丢失或衰减之间的发射和接收天线。

ITS 测量技术可产生准确、可重复和不偏不倚的结果。DSO鼓励ITS与更广泛的技术界分享其机构知识。这些知识包括如何以最佳方式测量和处理射频传播数据。最近发布的NTIA技术备忘录TM-19-53522,3,4,54,5描述了一套用于制备和验证无线电传播测量系统的最佳做法。,3作为这些最佳实践的一部分,VNA 用于精确测量测量系统的部件损耗或增益。然后,增益和损耗用于计算两个天线之间的信号衰减。

此处介绍的协议涉及在实验室或现场应用中进行测试之前校准 VNA5的最佳做法。其中包括预热时间、选择 RF 连接器类型、进行适当的连接以及执行适当的校准步骤。在特定传播测量方案的上下文中收集数据之前,应在受控实验室环境中进行校准。其他注意事项可能与特定传播测量环境相关,这些环境不在该协议的范围之内。

VNA 用于测量组装其他测量系统时部件和子组件的设备特性。功率放大器、接收器、滤波器、低噪声放大器、混频器、电缆和天线都是 VNA 的组件。在测试和/或校准系统之前,会准备系统所有必需组件的列表,并组装所有系统组件。系统的每个组件通过在 VNA 电缆之间插入来单独测量。这可确保所有组件均符合制造商的规格。检查部件后,系统将组装完毕,并测量整个系统的损失。这可确保组件之间的反射和传输具有正确的特征。

VNA 测量散射参数 (S 参数),这些参数是具有幅度和相位的复杂值量。S 参数是 1) 反射信号与事件信号(反射测量)或 2) 传输到事件信号(传输测量)的对比测量。对于双端口设备,可以测量四个 S 参数(S11、S21、S12和 S22)。第一个下标是指接收信号的端口,第二个下标是指信号传输的端口。因此,S11表示传输的信号源自端口 1 并在端口 1 处接收。此外,S21表示传输的信号再次源自端口 1,但在端口 2 处接收。S11测量端口 1 中被测设备 (DUT) 反映的信号量,并参考端口 1 上发生的原始信号。S21测量通过 DUT 传输的信号量,并参照端口 1 处的事故信号到达端口 2。S11是端口 1 处 DUT 反射系数的度量,S21是 DUT 从端口 1 到端口 2 的传输系数的度量。

需要校准 VNA,以消除元件的系统误差,以及(包括)测量参考平面(通常在 VNA 测量电缆末端)。校准通过测量"完美"已知标准(开放、短路、负载、通过/线路)并将其与 VNA 测量的值进行比较来消除系统错误。通过一系列错误修正,将显示 DUT 的修正值。目前有12个错误术语66,77在校准期间被定性。有关详细信息,请参阅在经典微波电路理论9、,10支持的六端口网络分析仪8上进行的原始 S 参数测量。

最常见的 S 参数反射测量类型是返回损耗、常波比 (SWR)、反射系数和阻抗匹配。最常见的 S 参数传输测量类型是插入损耗、传输系数、增益/损耗、组延迟、相位或相位延迟以及电气延迟。所述协议中强调了变速箱损耗测量。

使用 VNA 测量系统组件的增益和损耗是众所周知的。但是,通常跳过重要步骤,例如清洁连接器和使用适当的扭矩扳手。该协议提供了所有必要的步骤和解释,说明为什么有些步骤特别重要。它还将作为未来一篇文章的前奏,介绍如何执行射频传播测量,包括信号衰减的计算。

Protocol

1. VNA 设置

  1. 收集传播测量系统的所有组件,包括电缆、放大器、滤波器、DT(可以是子组件)和其他组件。
  2. 打开 VNA(图 1),让它加热至少 0.5 小时,以确保 VNA 的所有内部组件都稳定工作温度,并将相位漂移降至最低。
  3. 预设按钮。
  4. 将高质量、相态稳定的电缆连接到 VNA 的端口 1 和 2(图 2)。
  5. 用 8 in.lbf 拧紧 VNA 端口上的连接器。扭矩扳手。要正确扭动连接,请握住手柄的末端,轻轻推把手,而不允许手柄一路断裂。
  6. 目视检查所有电缆和连接器是否有明显的磨损迹象,如刻痕、凹痕和接头螺纹不完善。
  7. 检查制造商的规格,了解所有电缆、连接器和 DUT 的有效测量范围。这些规格包括温度、湿度、频率和功率。
  8. 清洁所有设备和电缆末端的连接器。使用专为清洁敏感电子和连接器而设计的拭子。使用带有脏接头的电缆可能会导致损坏电缆的导电表面,并产生不准确的测量结果。
    1. 将棉签浸入等丙醇中。
    2. 使用湿润的拭子轻轻清洁中心导体 (图 3A)。不要对中心导体施加太大的力,因为它很容易损坏。
    3. 清洁每个接头的外部导体(图3B)。清洁联轴螺母螺纹。
    4. 使用清洁压缩空气干燥所有电缆和连接器末端(图 3C)。如果压缩空气冷却接头,则在连接和拧紧所有连接之前,让接头恢复到室温 (RT)。
  9. 在端口 1 和 2 上的 VNA 电缆和 DUT 上对齐并连接。拧紧 12 in.lb。N 型连接的扭矩扳手(图 4)。确保电缆端正确对齐。
    1. 开始将 DUT 侧的连接器旋转到 VNA 电缆螺纹上。适当的连接使螺母可以自由旋转,阻力很小。电阻是交叉线程的标志。错位可能会损坏接头或导致信号反射和信号丢失。请勿过度拧紧接头,因为这将损坏接头。
    2. 排列 VNA 的电缆,以便它们在校准期间移动最小。校准电缆是相位稳定的,最好在校准期间不会弯曲或移动。
  10. 根据 DUT 的规格调整 VNA 测量参数。也可以使用称为"范围"的中心频率和频率范围选择频率范围。
    1. 选择频率范围。选择刺激菜单 |弗雷克 |起始频率: 1700 MHz。选择刺激菜单 |弗雷克 |停止频率:1900 MHz。
    2. 选择测量类型(例如,S11、S12、S21、S22)。选择响应菜单 |测量 |S21.
    3. 选择并调整端口电源。选择刺激菜单 |电源 |调整端口功率0 dBm。确保输出功率等于(或低于)DUT 最大功率规格。
    4. 选择并调整扫描设置。选择刺激菜单 |扫描 |扫描类型:步进。选择刺激菜单 |扫描 |时间 |扫描时间:1 秒。然后,选择"刺激"菜单 |扫描 |扫描设置 |保持时间:0 μsec
      注: 阶梯扫描是最精确的扫描类型,因为它步进到每个频率,并在进行测量之前以频率进行。如果使用长电缆,则可能需要增加久地时间,以确保信号在测量后到达接收器。0 μs 的久坐时间是最佳默认设置。
    5. 通过选择响应菜单来选择和调整平均模式|平均 |平均: IFBW: 1 kHz.
      注: 选择适当的平均类型:"点平均"平均每个频率点指定时间数(即 2、4 16、32 等),这减少了噪声底和不确定性,但增加了扫描时间。IFBW使用滤波器测量小带宽的功率,这也减少了噪声底,但测量时间更少。IFWB平均法往往是一种更优的平均值技术。
    6. 通过选择"响应菜单",选择显示的数据格式(例如,LogMag [默认设置]、史密斯图表、SWR 等)格式 |日志 。
    7. 使用"刺激菜单"选择显示跟踪中的数据点数|扫描 |点数: 1601.
      注: 设置点数,以便在开始频率和停止频率之间实现最大频率覆盖率:

Equation 1

在上面的示例中,步长大小或频率间距为 0.125 MHz,因此频率 (1) = 1700.000 MHz,频率(2) = 1700.125 MHz, ...频率(1600) = 1899.875 MHz,频率(1601)=1900 MHz。

2. VNA 的校准

  1. 如果电子校准模块可用且需要,请选择手动或电子校准(参见第 2.11 节)。任一校准都是准确的。
  2. 选择手动校准,选择响应 |卡尔菜单 |开始卡尔 |校准向导 |未引导
    1. 选择适当的校准套件,以便知道特定校准套件中标准的精确值(图 5)。在这里,选择 85054D,然后选择双端口短开负载(SOLT)校准(对于具有两个端口的 DUT)。除了响应校准之外,其他可用的校准是具有单个端口的设备的单端口。SOLT是最准确的选项11。
    2. 选择"下一步"转到下一个屏幕。
  3. 将开放式校准标准 (图 6) 连接到端口 1 上的电缆上。开放式校准标准在连接器后面有一个开腔,用于模拟 377 Ω 的自由空间阻抗。
  4. 将短校准标准连接到端口 2 上的电缆上。短路在连接器后面有一个金属板,因此输入电压完全反射。
    1. 选择端口 1 |打开 |N 型 (50) 母开, 执行附加开放物的测量。VNA 屏幕上会出现一个跟踪,在 S11的日志级显示格式上轻轻地偏离 0 dB 参考级别,为开放标准。测量完成后(检查标记将显示在标准上方),按"确定"按钮继续。这将将用户发送回上一个屏幕。
    2. 选择与 DUT 相同性别连接器的雄或母校准标准(即,男性校准标准具有中心引脚,母校准标准将具有可插入端口)。较旧的 VNA 需要根据 VNA 电缆的性别进行校准标准。
    3. 选择端口 2 |短 |N 型 (50) 母短路,执行附加短的测量。VNA 屏幕上会出现一个跟踪,在 S11的日志大小显示格式上轻轻地偏离 0 dB 参考级别。对于简短的标准,测量完成后(检查标记将显示在标准上方),按"确定"按钮继续。这将将用户发送回上一个屏幕。
  5. 端口之间的交换校准标准(即将打开的校准标准附加到端口 2,然后将短校准标准附加到端口 1)。
    1. 选择端口 1 |短 |N 型 (50) 母短路,以测量端口 1 上的短路。VNA 屏幕上会出现一个跟踪,在 S11的日志大小显示格式上轻轻地偏离 0 dB 参考级别。对于简短的标准,测量完成后(检查标记将显示在标准上方),按"确定"按钮继续。这将将用户发送回上一个屏幕。
    2. 选择端口 2 |打开 |N 型 (50) 母型打开以测量端口 2 上的打开。VNA 屏幕上会出现一个跟踪,在 S11的日志级显示格式上轻轻地偏离 0 dB 参考级别,为开放标准。测量完成后(检查标记将显示在标准上方),按"确定"按钮继续。这将将用户发送回上一个屏幕。
  6. 从端口 1 上卸下短路,并在端口 1 上放置宽带负载。负载吸收入射能量,导致在较大频率范围内产生小反射。
    1. 选择端口 1 |负载 |N 型 (50) 型宽带负载,用于测量端口 1 上的负载。测量完成后(检查标记将显示在标准上方),按"确定"按钮继续。这将将用户发送回上一个屏幕。
    2. 保持端口 2 上的当前校准标准。请勿使端口保持打开状态,因为它可能为泄漏信号提供路径。跟踪将显示在 VNA 屏幕上,并且因屏幕而异。S11、日志级显示格式上的所有测量值将小于 -20 dB,以进行良好的负载。
  7. 从端口 2 上取下打开,从端口 1 中取出宽带负载,并将宽带负载放在端口 2 上。将端口 2 的打开点放在端口 1 上,以防止泄漏信号。
    1. 选择端口 2 |负载 |N 型 (50) 宽带负载,用于测量端口 2 上的负载。跟踪将显示在 VNA 屏幕上,并且因屏幕而异。S11、日志级显示格式上的所有测量值将小于 -20 dB,以进行良好的负载。测量完成后(检查标记将显示在标准上方),按"确定"按钮继续。这将将用户发送回上一个屏幕。
  8. 在连接到端口 1 和 2 的电缆之间插入一个通过校准标准。这通常是两端具有相同性别连接器的适配器。
    1. 选择THRU以测量通过校准标准。测量完成后,此屏幕上的 THRU 标准上方将显示一个复选标记。
      注: 隔离测量通常在校准过程中省略,因为隔离测量电缆之间的串扰,与其他标准相比,其价值通常非常小。上述校准测量可以按任意顺序完成。
  9. 一旦所有标准都在上面加了复选标记,请保存校准。选择下一个 |保存为用户 Calset。输入校准的名称,然后按"保存"按钮。
  10. 检查第 3 节中详述的校准。
  11. 如果未选择手动校准,请选择电子校准选项12。将电子校准套件 (图 7) 连接到端口 1 和 2 之间的电缆上。选择响应 |卡尔菜单 |开始卡尔 |校准向导 |电子校准与电子校准选项。
    1. 选择2 端口 ECal |接下来,然后选择"度量"按钮。电子校准模块将自动测量许多不同的标准,并提示用户在结束时保存校准。
    2. 选择下一个 |保存为用户 Calset。输入校准的名称,然后按"保存"按钮。
      注:对于电子校准,只有端口 1 和 2 的电缆连接到模块。所有校准标准均包含在模块中。电子校准将自动校准内部标准。如果电子校准模块的连接器类型与电缆不同,则需要完成额外的校准,以修改模块中包含的校准误差校正,以考虑适配器。请务必向制造商咨询,以获得指导。

3. 检查校准

  1. 使用一条条检查校准。
    1. 将一个透风适配器 (图 6) 连接到端口 1 和端口 2 之间的电缆时没有明显的磨损迹象。不要测量通过标准。选择不同的透规。
    2. 选择响应 |测量 |S21,然后响应 |规模 |缩放。通过按下向下箭头按钮将"每个除法"值设置为 0.1。选择刺激菜单 |触发器 |单,用于测量透风的插入损耗。频率范围内将显示一次扫描。
      注: 在日志大小图上,通过的值位于 0 dB 参考的 0.05 dB 内(图 8),以便进行充分的校准。这是多年来校准获得的经验价值。这可以通过将比例更改为每个部门 0.05 dB 来看到。
    3. 检查后,通过选择响应,将比例恢复到 10 dB/除法|规模 |缩放并将"每个部门"值设置为 10。选择响应 |测量 |S11.
    4. 选择刺激菜单 |触发器 |单测量 S11。良好的价值如下: |S11|• -20 dB(功率反射 1%,电压反射 10%)。
      注:史密斯图13表示显示阻抗。S11和 S22的测量值在图表中心显示为一个小圆圈。阻抗值在 50 Ω 参考值的 0.5 Ω 范围内,以便进行充分的校准。
  2. 使用 50 Ω 负载检查校准。
    1. 将 50 Ω 匹配的负载连接到端口 1。
    2. 选择刺激菜单 |触发器 |单测量 S11
      注: 匹配负载小于 -20 dB(理想负载的反射系数为 0)。这也将显示为史密斯图表中心的一个小圆圈(图9)。
  3. 使用开放式校准标准检查校准。
    1. 连接开放式校准标准。
    2. 选择刺激菜单 |触发器 |单测量 S11。在位数图上,打开数为 0 dB(理想打开的反射系数为 1)。在 Smith 图表上,打开显示为最右侧 0 处的小圆圈(图 9),以便进行充分的校准。
  4. 使用简短的校准标准检查校准。
    1. 连接短校准标准。
    2. 选择刺激菜单 |触发器 |单测量 S11。在测数量图上,短为 0 dB(理想短的反射系数为 -1)。在 Smith 图表上,该值在最左侧显示为一个圆圈(图 9),以便进行充分的校准。
      注:如果校准测试失败,请检查连接并重复校准。如果校准良好,请继续第 4 节。

4. 部件或系统损耗的测量

  1. 将 DUT 连接到 VNA。如果 DUT 具有两个以上端口(即开关、电源分隔器等),则将 50 Ω 匹配负载连接到未连接到 VNA 的端口,因为这些端口将反射电源并更改测量值。
  2. 选择响应 |测量 |S21.
  3. 选择刺激菜单 |触发器 |用于测量 DUT 的单个。
  4. 选择文件 |将数据另存为....在文件名框中键入文件名。选择 任一的文件类型。CSV 或跟踪 (*.s2p)。选择范围此处适合显示跟踪的默认值)。选择格式(例如,记录幅度和角度、线性幅度和相位、真实和虚线以及显示的格式[如史密斯图表])。按"保存"以保存数据。
  5. 检查并分析带通滤波器的测试结果。以下步骤概述了一个示例。
    1. 通过在跟踪上放置标记来识别跟踪的某些部分。选择标记/分析 |标记 |标记 1并按"确定"。
    2. 选择标记/分析 |标记搜索 |最大查找跟踪滤波器的插入丢失。前面板上的旋钮还可用于识别最大值和最小值,同时跨频率点扫描标记。
    3. 选择标记/分析 |标记 < 标记 1, 然后选择增量标记耦合标记.屏幕上显示的此标记的值应为 0 dB。这将为其他标记设置参考值。
    4. 选择标记/分析 |标记... |标记 2 |打开|耦合标记。单击刺激框内以突出显示频率,然后移动旋钮,直到屏幕上标记 2 的读数显示 -3 dB。
    5. 选择标记/分析 |标记... |标记 3 |打开|耦合标记。单击刺激框内以突出显示频率并移动旋钮,直到屏幕上标记 3 的读数显示 -3 dB。
    6. 将测量值与制造商的过滤器规格的值进行比较。

Representative Results

在验证组件是否正常运行时,请务必咨询制造商的规格,这些规格可在其各自的网站上找到。在这里,过滤器(图10)是在咨询其规格14后测量的。如图11所示,已识别插入损耗以及 3 dB 点。校准后的测量插入损耗(如标记 1 所示)的幅度为 0.83 dB。负号表示这是损失。参考中的插入损耗指定为 0.8 dB 调整 (dBa)。滤波器的 3 dB 带宽从 1749 MHz 更改为 1854 MHz。如果减去,这会产生 105 MHz 的值,该值接近 104.5 MHz 的典型值。

根据制造商的规格15所述,有 10 个 dB 衰减器可承受 50 W 的输入功率。此衰减器的衰减规格为 10 dB ± 0.5 dB。在某些时候,输入功率大于 50 W 的衰减器,损坏了衰减器。已校准的 VNA 用于检查此组件的质量。同样,在所有现场测量之前测量每个部件以确保质量保证也非常重要。DUT 的测量如图12所示。相比之下,图13中显示了良好10 dB衰减器的测量值。需要注意的是,在 1750 MHz 时,测量值为 9.88 dB,在整个带宽 1700-1900 MHz 的指定范围内为 -9.5 到 -10.5 dB。

最后,电缆损耗是射频测量中经常执行的另一个重要测量。测量电缆的规格可在数据手册16的第 5 页找到。1 GHz 时,每英尺 (dB/英尺) 的衰减为 0.05 dB,或 0.16 dB/m。据制造商称,长度为 36 英尺/11 米的测量电缆的指定损耗为 ±1.8 dB。测得的损失如图14所示。在 1750 MHz 的频率下,测量损耗为 -1.88 dB(当四舍五入到离分贝最近的十分之一时,其幅度为 1.9 dB)。

Figure 1
图 1:打开 VNA。红色圆圈表示 VNA 电源按钮的位置。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 2
图 2:连接到两个 VNA 端口的高质量、相位稳定电缆。电缆使用 8 in.lbf 连接到 VNA 的前面板。扭矩扳手。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 3
图 3:清洁连接器。A) 清洁内导体, (B) 清洁外导体和螺纹, 和 (C) 使用压缩空气轻轻吹干接头.请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 4
图 4:N 型接头的 12 in.lbf. 扭矩扳手。此扳手用于拧紧 VNA 电缆和 DUT 之间的连接。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 5
图 5:N 型校准套件。此处显示的是一个校准套件,其中包含用于校准 VNA 中错误的标准的开放、短路、负载和通过标准。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 6
图 6:N 型校准标准。校准中使用的男性和女性校准标准的照片。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 7
图7:电子校准模块。电子校准模块的照片。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 8
图 8:在将测数图校准为 GHz 频率函数后进行频谱校准检查。在 1.8 GHz 的频率下,该条的值为 0.01 dB。这显示了在校准后以 GHz 为单位的频率函数的透道值。通过作为校准检查,以确保校准有效。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 9
图 9:史密斯图表说明。标准阻抗的实准和虚阻抗值位置显示在左侧图中,阻抗幅度值显示在右侧图17中。此 Smith 图表图显示了左侧的真阻和虚阻抗,右侧的阻抗幅度。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 10
图 10:插入端口 1 和端口 2 之间的 RF 滤波器。测量期间在 VNA 电缆末端的端口 1 和端口 2 之间插入射频滤波器的照片。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 11
图11:如图9所示的RF滤波器的测量插入损耗和3 dB点Figure 9这是图10所示的RF滤波器测量过程中的VNA截图。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 12
图 12:10 dB 衰减器的测量值不在其规格范围内。测量值在 1.7 GHz 时为 -22.70 dB,其规格为 10 dB = 0.5 dB。还显示了 10 dB 衰减器的测量,该衰减器不再在其规格范围内。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 13
图13:在其规格范围内测量10 dB衰减器。测量值为 -9.88 dB。还显示了在其规格范围内的 10 dB 衰减器的测量。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 14
图 14:测量 36 英尺(11 米)同轴电缆,具有 0.05 dB/ft 指定的衰减值。电缆长度的损失预计为±1.8 dB,与1.87 GHz时测量值-1.9 dB一致。还显示的还有电缆的测量,表明测量损失在制造商的规格范围内。请点击此处查看此图形的较大版本。

Discussion

在进行校准之前,允许 VNA 对 RT 预热至少 0.5 小时(尽管 1 h 更好)非常重要,这允许所有内部组件进入 RT 并产生更稳定的校准。一次校准可以持续数天,而不会造成较大的精度损失;但是,每天使用校准标准检查校准,以确保测量的完整性。检查所有系统组件至关重要,因此损坏的连接器不会损坏 VNA 的精度。最好将低损耗电缆与 VNA 一起使用。在测量任何系统部件或 DUT 之前,必须检查校准的完整性。此处提供的任何超出规格的测量都应重复,或者可能需要新的校准。最后,使用制造商的规格检查测量的 DUT 值是验证的必要部分。

使用 VNA 作为测量仪器有其局限性。如果 DUT 或系统损耗过大,以至于测量的 S 参数低于 VNA 的噪声底,则无法使用 VNA 进行测量。通过减少 IF 带宽和增加扫描时间,可以降低噪声底。这将减慢测量采集时间;因此,调整这些参数时需要权衡。VNA 无法处理大于 30 dBm 的输入功率,因此在需要测量放大器时使用内部或外部衰减。VNA 具有位于同一仪器中的源和接收器,因此已用作无线电传播测量系统。由于源和接收器位于 VNA 中,因此传输端口必须以某种方式连接到接收端口。通常,这是使用电缆完成的;但是,电缆会增加损耗,减少可测量的动态范围。此外,分离距离也变得有限。

测量损耗的另一种方法是使用信号发生器和功率计。功率计是一种标量测量装置,因此只能测量信号的幅度。它不能监控信号的相位,从而导致信号的测量精度降低。VNA 测量测量测量信号相对于已知输入信号的幅度和相位(真实和假想分量),这是一种更高质量的测量。

VNA 是多种测量类型的通用选项。该仪器可用于测量辐射无线电信号使用天线在发射和接收端口18。时域分析可用于监视随时间的变化信号,并确定电缆中中断的位置。它可以测量扫描过程中的许多频率,可用于了解在19辐射环境中的许多频率的衰减损耗。了解 VNA 的各种参数设置可产生功能良好的 DUT/系统,并且 DUT/系统获得的测量可以高度自信地使用。

Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

我们感谢国防频谱办公室(DSO)为这项工作提供资金。

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

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References

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  2. 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).
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射频传播通道测量矢量网络分析仪的校准
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Hammerschmidt, C., Johnk, R. T., Tran, S. Calibration of Vector Network Analyzer for Measurements in Radio Frequency Propagation Channels. J. Vis. Exp. (160), e60874, doi:10.3791/60874 (2020).More

Hammerschmidt, C., Johnk, R. T., Tran, S. Calibration of Vector Network Analyzer for Measurements in Radio Frequency Propagation Channels. J. Vis. Exp. (160), e60874, doi:10.3791/60874 (2020).

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