Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

כיול של מנתח רשת וקטור עבור מדידות בתדר רדיו ערוצי הפצת

doi: 10.3791/60874 Published: June 2, 2020

Summary

פרוטוקול זה מתאר את השיטות הטובות ביותר לכיול מנתח רשת וקטורי לפני השימוש ככלי מדויק, המיועד למדוד רכיבים של מערכת בדיקת מדידה של תדר רדיו.

Abstract

ב מדידות באתרו של תדר רדיו (RF) הספקטרום לספק תובנה בפיסיקה של הפצת גלי תדר רדיו ולאמת מודלים קיימים וחדשים התפשטות ספקטרום. שני הפרמטרים הללו חיוניים לתמיכה ולשימור שיתוף הספקטרום ללא הפרעה, כפי שהשימוש בספקטרום ממשיך לגדול. זה חיוני כי מדידות התפשטות כאלה הם מדויקים, להיות מ, וחופשיים של חפצים והטיה. אפיון הרווחים וההפסדים של רכיבים המשמשים במידות אלה חיוניים לדיוק שלהם. מנתח רשת וקטורי (בנה) הוא פריט מבוסס היטב, מדויק מאוד ורב-תכליתי, המודד הן את סדר הגודל והן את שלב האותות, אם מכויל כראוי. מאמר זה מפרט את השיטות המומלצות לכיול ' בנה '. לאחר כיול, ניתן להשתמש בו כדי למדוד במדויק רכיבים של מדידת הפצה שהוגדרה כהלכה (או צליל ערוץ) או לשמש כמערכת מדידה עצמה.

Introduction

המכון למדעי התקשורת (ITS) הוא מעבדת המחקר של מינהל הטלקומוניקציה והמידע הלאומי (NTIA), סוכנות של משרד המסחר של ארצות הברית. זה היה פעיל במדידות הפצת רדיו מאז שנות ה-50. שיתוף הספקטרום, הפרדיגמה החדשה למשתמשים בספקטרום הפדרלי והמסחרי, מחייבת ששתי מערכות נפרדות יחלקו את אותו ספקטרום תדר הרדיו בו זמנית. כאשר מגבירים את תרחישי שיתוף הספקטרום, כך גם הצורך במדידות מדויקות ומדידות של הפצת הרדיו, המספקים הבנה טובה יותר של סביבת הרדיו, אשר שירותים מרובים חייבים לשתף. מטרת ההליך המתואר היא להבטיח כי כל הרכיבים המהווים מערכת כזו מאופיינים היטב על ידי בנה שהוגדר במדויק.

בעוד הביקוש לספקטרום גדל, זה לא תמיד אפשרי ספקטרום חופשי במהירות המשמש כיום על ידי סוכנויות הפדרלי למטרות מסחריות. לדוגמה, בלהקה של שירותים אלחוטיים מתקדמים (AWS)-3 (1755 – 1780 MHz), הסדרי שיתוף הספקטרום מפותחים בין שירותים צבאיים לבין ספקים אלחוטיים מסחריים1. סידורים אלה מאפשרים לחברות אלחוטיות מסחריות להיכנס ללהקת AWS-3 לפני השלמת מעבר השירותים הצבאיים מהלהקה.

ארגון ספקטרום ההגנה (DSO) כבר המוטל על ניהול מעבר AWS-3. חלק מרכזי במעבר כרוך בפיתוח דגמי הפצה חדשים כדי להעריך את הפוטנציאל להפרעות RF בין מערכות אלחוטיות צבאיות ומסחריות החולקות את הלהקה. DSO יש המוטל שלה ואחרים עם ביצוע סדרה של מדידות צליל הערוץ לבנות דגמים חדשים, כי טוב יותר לחשב את ההשפעה של עלווה ומבנים מעשה ידי אדם בסביבה (הידוע באופן קולקטיבי כעומס). מידול התפשטות משופר הרואה עומס יוביל להגבלות פחות על משדרים מסחריים בקרבת מערכות צבאיות.

במדידות באתרו של פעילות הספקטרום RF לספק תובנה לפיסיקה של הפצת גלי RF ולאמת מודלים קיימים וחדשים הפצת רדיו. שני המרכיבים הללו חיוניים לתמיכה ולשימור שיתוף הספקטרום ללא הפרעה. שיטות צליל של ערוץ, בהן משודר אות בדיקה מוכרת ממיקום מסוים למקלט נייד או נייח, מספקים נתונים ההערכות מאפייני ערוץ רדיו בסביבות שונות. הנתונים משמשים לפיתוח ולשיפור של מודלים החוזים באופן מדויק יותר את הפסדים התפשטות או הנחתה של האות. הפסדים אלה עשויים להיות עקב חסימה והשתקפות של מבנים ומכשולים אחרים (כלומר, עצים או שטח בקניונים עירוניים). מכשולים אלה מייצרים מספר משתנים, מעט משתנה, נתיבי התפשטות וכתוצאה מכך הפסד או הנחתה של האות בין אנטנת השידור והקליטה.

טכניקות המדידה שלה יוצרות תוצאות מדויקות, משוגנות ושאינן משוחדות. ה-DSO עודד את החברה לחלוק את הידע המוסדי שלה עם הקהילה הטכנולוגית הרחבה יותר. ידע זה כולל כיצד למדוד בצורה אופטימלית ולעבד נתונים הפצת RF. מזכר ntia טכני שפורסם לאחרונה TM-19-5352,3,4,5 מתאר ערכה של שיטות עבודה מומלצות להכנה ואימות של מערכות מדידה של הפצת רדיו. במסגרת שיטות העבודה הטובות ביותר, משתמשים ברכיב הבניה כדי למדוד במדויק את ההפסדים או הרווחים של מערכת המדידה. הרווחים וההפסדים משמשים לחישוב הנחת האות בין שני אנטנות.

הפרוטוקול המוצג כאן מטפל בשיטות העבודה הטובות ביותר לכיול בנה5 לפני בדיקה ביישומי מעבדה או שדה. אלה כוללים זמן חימום, בחירה של סוג מחבר RF, ביצוע חיבורים נאותים, וביצועים של שלבי כיול המתאימים. יש לנהל את הכיול בסביבת מעבדה מבוקרת לפני איסוף הנתונים בהקשר של תרחיש מדידה ספציפי של הפצה. שיקולים נוספים עשויים להיות רלוונטיים לסביבות מדידה ספציפיות של הפצה, הנמצאות מחוץ לטווח של פרוטוקול זה.

הקבוצה משמשת למדידת מאפייני התקנים של רכיבים ותת-מכלולים בעת הרכבת מערכות מדידה אחרות. מגבירי כוח, מקלטים, מסננים, מגברי רעש נמוכים, מיקסרים, כבלים ואנטנות הם כל הרכיבים שניתן לאפיין על-ידי בנה. לפני בדיקה ו/או כיול של מערכת, מכינים רשימה של כל הרכיבים הנדרשים של המערכת, וכל רכיבי המערכת מורכבים. כל רכיב במערכת נמדד בנפרד על-ידי הוספתו בין כבלי הבנה. פעולה זו מבטיחה שכל הרכיבים פועלים בתוך מפרטי היצרן. לאחר בדיקת הרכיבים, המערכת מכונמת וההפסדים ברחבי המערכת כולה נמדדים. דבר זה מבטיח שההשתקפויות והשידורים בין הרכיבים מאופיינים כראוי.

מדדים מסוימים מפזרים פרמטרים (פרמטרים S), שהם כמויות מורכבות בסדר גודל ובשלב. פרמטר S הוא מדידה המשמידה את האות המשתקף מאחד האותות לאות האירוע (השתקפות מדידה) או 2) משודרים אות לאות האירוע (מדידת שידור). עבור התקן בעל שני יציאות, ניתן למדוד ארבעה פרמטרים (s11, s21, S12ו-s22). הכתב התחתי הראשון מתייחס ליציאה שבה מתקבלת האות, והשניה מתייחסת ליציאה שבה משודר האות. לפיכך, S11 פירושו שהאות המשודר מקורו ביציאה 1 והתקבלה ביציאה 1. בנוסף, S21 פירושו כי האות המשודר מקורו שוב בנמל 1 אך מתקבל ביציאה 2. S11 מודד את כמות האות המוגבהת על-ידי המכשיר תחת בדיקה (אחדות) ביציאה 1 עם התייחסות לאות המקורי שאירע ביציאה 1. S21 מודד את כמות האות המועברת דרך אחדות ומגיעה לנמל 2 עם התייחסות לאות האירוע ביציאה 1. S11 הוא מדד של מקדם השתקפות של אחדות בנמל 1, ו-s21 הוא מדד של מקדם השידור של אחדות מנמל 1 לנמל 2.

כיול של ה-בנה נדרש להסיר את השגיאות השיטתיות מהרכיבים עד (וכולל) מישור הפניית המדידה, הנמצא בדרך כלל בסוף כבלי המדידה של הבניה. כיול מסיר שגיאות מערכת על-ידי מדידת התקנים מוכרים "מושלמים" (פתיחה, מכנסיים קצרים, עומסים, thru/line) והשוואתו לערך שהבניה מודדת. באמצעות סידרה של תיקוני שגיאות, מוצג ערך מתוקן עבור אחדות. כרגע קיימים 12 מונחי שגיאה6,7 האופיינים במהלך הכיול. לקבלת מידע נוסף, עיין במדידות מקוריות של פרמטרי S שבוצעו ברשת של שש יציאות,הנתמכת על -ידי9תיאוריתמעגל המיקרוגל הקלאסי 9,10.

הסוגים הנפוצים ביותר של מדידות השתקפות S-פרמטר הם אובדן החזרה, היחס גל עומד (SWR), מקדם השתקפות, התאמת עכבה. הסוגים הנפוצים ביותר של מדידות שידור S-פרמטרים הם אובדן הכנסה, מקדם שידור, רווח/הפסד, עיכוב קבוצתי, השהיית שלב או שלב, והשהיית חשמל. מדידות אובדן שידור מודגשת בפרוטוקול המתואר.

מדידת רווחים והפסדים של רכיבי מערכת באמצעות בנה הוא מובן היטב. עם זאת, שלבים חשובים מדלגים לעתים קרובות, כגון ניקוי מחברים ובאמצעות מפתח ברגים תקין. פרוטוקול זה מספק את כל הצעדים הדרושים והסברים למה כמה חשובים במיוחד. זה ישמש גם כהקדמה למאמר עתידי המתאר כיצד לבצע מדידות הפצת RF, כולל חישובים של החליש אות.

Protocol

1. הגדרת בנה

  1. אסוף את כל הרכיבים של מערכת המדידה של ההפצה, כולל כבלים, מגברים, מסננים, DUTs (שיכולים להיות מכלולים משניים) ורכיבים אחרים.
  2. הפעל את בנה (איור 1), ולתת לו להתחמם לפחות 0.5 h כדי להבטיח כי כל הרכיבים הפנימיים של בנה הם טמפרטורת הפעלה יציבה הסחף שלב ממוזער.
  3. לחץ על לחצן הגדרה קבועה מראש .
  4. חברו את הכבלים האיכותיים והיציבים ליציאות 1 ו -2 של הבנה (איור 2).
  5. הדק את המחברים ביציאות בנה עם 8 ב. lbf. . מפתח ברגים כדי לחזק כראוי חיבור, להחזיק את קצה הידית ולדחוף בעדינות את ידית מבלי לאפשר את הידית לשבור את כל הדרך.
  6. בחן באופן חזותי את כל הכבלים והמחברים לסימנים ברורים של ללבישה כגון כניקס, שקעים ורצפי מחברים לא מושלמים.
  7. בדוק את מפרטי היצרן עבור טווחי מדידה חוקיים עבור כל הכבלים, המחברים ו-DUTs. מפרטים אלה עשויים לכלול טמפרטורה, לחות, תדר וכוח.
  8. מחברים נקיים בכל ההתקנים והכבלים מסתיימים. השתמשו בדגימות שתוכננו במיוחד לניקוי אלקטרוניקה ומחברים רגישים. שימוש בכבלים עם מחברים מלוכלכים עלול לגרום לפגיעה במשטח הניהול של הכבלים ולהפקת מדידות לא מדויקות.
    1. טבול בספוגית כותנה באלכוהול איזופרופילי.
    2. נקו בעדינות את מנצח המרכז (איור 3A) תוך שימוש בספוגית ההחלח. אל תפעיל יותר מדי כוח על מנצח המרכז, משום שהוא ניזוק בקלות.
    3. נקו את המוליך החיצוני של כל מחבר (איור 3B). לנקות את החוטים הצמד אגוז.
    4. יבש כל הכבלים והמחברים מסתיים באמצעות אוויר דחוס נקי (איור 3C). אם האוויר הדחוס מתקרר את המחבר, אפשר למחבר לחזור לטמפרטורת החדר (RT) לפני ביצוע והידוק כל החיבורים.
  9. יישר והפוך חיבורים בין כבלי הבנה ביציאות 1 ו-2 לבין האחדות. . הדקו עם 12 in.lb מפתח ברגים לסוג N חיבור (איור 4). ודא כי קצות הכבל מיושרים כראוי.
    1. התחל לסובב את המחבר בצד של אחדות על החוטים של הכבל בנה. קשרים נאותים מאפשרים לאגוז. להסתובב בחופשיות עם התנגדות קטנה . התנגדות היא סימן לריבוי שרשור שגיאת יישור עלולה לגרום נזק למחבר או לגרום להשתקפויות אות ולאובדן אותות. אל תהדק את המחבר ביתר מידה, מכיוון שפעולה זו תגרום נזק למחבר.
    2. סדר את כבלי הבניה, כך שהם יזוזו מינימלית במהלך הכיול. כבלי כיול הם יציבים ובאופן אידיאלי לא מכופפים או מועברים במהלך הכיול.
  10. התאימו את פרמטרי המדידה של הבניה בהתאם למפרט של האחדות. ניתן גם לבחור בטווח התדרים באמצעות התדר המרכזי וטווח התדרים המכונה "span".
    1. בחר את טווח התדרים. בחר בתפריט גירוי | שאלות ותשובות | תדירות הפעלה: 1700 MHz. בחר בתפריט גירוי | שאלות ותשובות | תדירות עצירה: 1900 MHz.
    2. בחר את סוג המדידה (לדוגמה, S11, S12, S21, S22). בחר תפריט תגובה | מידה | S21.
    3. בחר והתאם את עוצמת היציאה. בחר בתפריט גירוי | כוח | כוונן את עוצמת היציאה: 0 dbm. ודא שעוצמת הפלט שווה ל (או למטה) מפרט הכוח המירבי של אחדות.
    4. בחרו והתאימו את קביעות הסריקה. בחר בתפריט גירוי | טאטא | סוג לטאטא: צעד. בחר בתפריט גירוי | טאטא | זמן | ניקוי זמן: 1 שניה. לאחר מכן, בחר בתפריט גירוי | טאטא | מטאטא התקנה | זמן להתעכב: 0 μsec.
      הערה: סריקה מדורגת היא סוג הסריקה המדויק ביותר, כפי שהוא מגיע לכל תדר ושוכן בתדר לפני ביצוע מדידה. אם נעשה שימוש בכבלים ארוכים, ייתכן שיהיה צורך להגדיל את זמן השכון כדי לוודא שהאות מגיע למקלט לאחר המדידה. זמן להתעכב של 0 μהוא הגדרת ברירת מחדל אופטימלית.
    5. בחירה והתאמה של מצב באופן ממוצע על-ידי בחירת תפריט תגובה | חישוב ממוצע | חישוב ממוצע: IFBW: 1 kHz.
      הערה: בחר את סוג הממוצע המתאים: "הצבע בממוצע" ממוצע כל נקודת התדר מספר פעמים שצוינו (כלומר, 2, 4 16, 32 וכו '), אשר מפחית את רצפת הרעש ואת חוסר הוודאות, אך מגביר את זמן הניקוי. IFBW משתמש במסנן כדי למדוד את העוצמה ברוחב פס קטן, אשר גם מפחית את רצפת הרעש, אך דורש פחות זמן מדידה. IFWB בממוצע נוטה להיות שיטה מיטבית יותר ממוצע.
    6. בחר את תבנית הנתונים המוצגת (לדוגמה, LogMag [הגדרת ברירת מחדל], תרשים סמית, SWR, וכו ') על-ידי בחירת תפריט תגובה | פורמט | . מדבר לוג
    7. בחר את מספר נקודות הנתונים במעקב המוצג באמצעות תפריט הגירוי | טאטא | מספר נקודות: 1601.
      הערה: מספר הנקודות מוגדר כך שניתן יהיה להשיג את כיסוי התדר המקסימלי בין תדרי ההתחלה והעצירה:

Equation 1

בדוגמה שלעיל, גודל השלב או המרווח של התדר הוא 0.125 MHz, כך שתדירות (1) = 1700.000 MHz, תדירות (2) = 1700.125 MHz,... תדירות (1600) = 1899.875 מגה-הרץ, תדר (1601) = 1900 MHz.

2. כיול הבנה

  1. בחר כיול ידני או אלקטרוני, אם מודול כיול אלקטרוני זמין ורצוי (ראה סעיף 2.11). . כל אחד מהכיול מדויק
  2. בחר ' כיול ידני ' על-ידי בחירת תגובה | תפריט Cal | הפעל את Cal | אשף כיול | . לא מודרך
    1. בחר את ערכת הכיול המתאימה כך שערך מדויק של התקנים בערכת הכיול הספציפית ידוע (איור 5). כאן, לבחור 85054D, ולאחר מכן לבחור את שתי יציאות קצר לפתוח-thru (SOLT) כיול (לאחדות עם שתי יציאות). כיול זמינים אחרים הם יציאה אחת עבור התקן עם יציאה אחת, בנוסף לכיול התגובה. ה-SOLT היא האופציה המדויקת ביותר11.
    2. בחר באפשרות הבא כדי לעבור למסך הבא.
  3. חבר תקן כיול פתוח (איור 6) לכבל המצורף ליציאה 1. תקן כיול פתוח יש חלל פתוח מאחורי המחבר לדמות העכבה שטח חופשי של 377 Ω.
  4. חבר תקן כיול קצר לכבל המצורף ליציאה 2. לקיצור יש צלחת מתכת מאחורי המחבר כך שהמתח הנכנס משתקף לחלוטין.
    1. בחר ביציאה 1 | פתח | סוג N (50) נקבה פתוחה, אשר מבצעת מדידה של המצורפת פתוח. מעקב יופיע במסך בנה, משופע בעדינות הרחק מרמת התייחסות של 0 dB בתבנית תצוגה של התקן S11, בסדר גודל יומן עבור התקנים הפתוחים. לאחר השלמת המדידה (סימן ביקורת יופיע מעל התקן), לחץ על אישור לחצן כדי להמשיך. פעולה זו תשלח את המשתמש בחזרה למסך הקודם.
    2. בחר בתקן כיול גברי או נשי עם אותו מחבר מין כמו זה של אחדות (כלומר, תקן כיול גברי יש את סיכת המרכז, ותקן כיול נקבה יהיה הוספה port). VNAs ישנים יותר דורשים תקן כיול בהתבסס על מין כבל הבניה.
    3. בחרו ביציאה 2 | קצר | סוג N (50) קצר נקבה, המבצע את המדידה הקצרה המצורפת. מעקב יופיע במסך בנה, משופע בעדינות הרחק מרמת התייחסות של 0 dB בתבנית תצוגה בגודל S11, מידת התחברות של התקן הקצר. לאחר השלמת המדידה (סימן ביקורת יופיע מעל התקן), לחץ על אישור לחצן כדי להמשיך. פעולה זו תשלח את המשתמש בחזרה למסך הקודם.
  5. החלף את תקני הכיול בין היציאות (כלומר, חבר את תקן הכיול הפתוח ליציאה 2 ולאחר מכן חבר את תקן הכיול הקצר ליציאה 1).
    1. בחר ביציאה 1 | קצר | סוג N (50) הנקבה קצר כדי למדוד את הקצר ביציאה 1. מעקב יופיע במסך בנה, משופע בעדינות הרחק מרמת התייחסות של 0 dB בתבנית תצוגה בגודל S11, מידת התחברות של התקן הקצר. לאחר השלמת המדידה (סימן ביקורת יופיע מעל התקן), לחץ על אישור לחצן כדי להמשיך. פעולה זו תשלח את המשתמש בחזרה למסך הקודם.
    2. בחרו ביציאה 2 | פתח | סוג N (50) נקבה פתוחה כדי למדוד את הפתוח ביציאה 2. מעקב יופיע במסך בנה, משופע בעדינות הרחק מרמת התייחסות של 0 dB בתבנית תצוגה של התקן S11, בסדר גודל יומן עבור התקנים הפתוחים. לאחר השלמת המדידה (סימן ביקורת יופיע מעל התקן), לחץ על אישור לחצן כדי להמשיך. פעולה זו תשלח את המשתמש בחזרה למסך הקודם.
  6. הסר את הקיצור מיציאה 1 והציבו עומס פס רחב ביציאה 1. עומס סופג את האנרגיה הנכנסת, אשר מביא השתקפות קטנה על פני מגוון רחב של תדרים.
    1. בחר ביציאה 1 | טעינת מטענים | הקלד N (50) עומס פס רחב כדי למדוד את העומס ביציאה 1. לאחר השלמת המדידה (סימן ביקורת יופיע מעל התקן), לחץ על אישור לחצן כדי להמשיך. פעולה זו תשלח את המשתמש בחזרה למסך הקודם.
    2. שמור את תקן הכיול הנוכחי ביציאה 2. אין להשאיר את היציאה פתוחה, מאחר שהיא עשויה לספק נתיב לאותות נזילות. מעקב יופיע על המסך בנה וישתנה על-פני המסך. כל הערכים שנמדדו ב-S11, תבנית תצוגה בגודל יומן הרישום יהיו פחות מ- -20 dB עבור עומס טוב.
  7. הסר את הפתח מיציאה 2, קח את עומס הפס הרחב מיציאה 1 ומלא את עומס הפס הרחב ביציאה 2. מקם את הפתח מיציאה 2 ביציאה 1 כדי למנוע אותות נזילות.
    1. בחרו ביציאה 2 | טעינת מטענים | הקלד N (50) עומס פס רחב כדי למדוד את העומס ביציאה 2. מעקב יופיע על המסך בנה וישתנה על-פני המסך. כל הערכים שנמדדו ב-S11, תבנית תצוגה בגודל יומן הרישום יהיו פחות מ- -20 dB עבור עומס טוב. לאחר השלמת המדידה (סימן ביקורת יופיע מעל התקן), לחץ על אישור לחצן כדי להמשיך. פעולה זו תשלח את המשתמש בחזרה למסך הקודם.
  8. הכנס תקן לכיול הערכה בין הכבלים המחוברים ליציאות 1 ו-2. זהו בדרך כלל מתאם עם אותם מחברי מין בשני קצותיו.
    1. בחר thru כדי למדוד את תקן כיול thru. לאחר השלמת המדידה, סימן ביקורת יופיע מעל תקן THRU במסך זה.
      הערה: בדרך כלל ניתן להשמיט את מדידת הבידוד בזמן כיול כאמצעי בידוד בין הכבלים לבין הערך שלו, לעתים קרובות מאוד קטנים בהשוואה לסטנדרטים אחרים. ניתן לבצע את מדידות הכיול לעיל בכל סדר.
  9. לאחר שכל התקנים כוללים סימן ביקורת מעליהם, שמור את הכיול. בחר הבא | שמור כקלסט משתמש. הזן שם עבור הכיול ולחץ על לחצן שמור .
  10. בדוק את הכיול כמפורט בסעיף 3.
  11. אם לא נבחר כיול ידני, בחר באפשרות הכיול האלקטרונית12. חבר את ערכת הכיול האלקטרונית (איור 7) לכבלים בין יציאות 1 ל-2. בחר תגובה | תפריט Cal | הפעל את Cal | אשף כיול | כיול אלקטרוני עם אפשרות הכיול האלקטרונית.
    1. בחר ECal 2 פורטים | הבאולאחר מכן בחר בלחצן מדידה . מודול הכיול האלקטרוני ימדוד באופן אוטומטי מספר תקנים שונים ויבקש מהמשתמש לשמור את הכיול בסוף.
    2. בחר הבא | שמור כקלסט משתמש. הזן שם עבור הכיול ולחץ על לחצן שמור .
      הערה: עבור כיול אלקטרוני רק הכבלים מיציאות 1 ו-2 מחוברים למודול. כל תקני הכיול כלולים במודול. הכיול האלקטרוני יכייל את התקנים הפנימיים באופן אוטומטי. אם למודול הכיול האלקטרוני אין את אותם סוגי מחברים כמו הכבלים, יהיה צורך להשלים כיול נוסף כדי לשנות את תיקוני שגיאות הכיול הכלולים במודול לחשבון עבור המתאמים. הקפד לבדוק עם היצרן לקבלת הדרכה.

3. בדיקת הכיול

  1. השתמש ב-thru כדי לבדוק את הכיול.
    1. חבר מתאם thru (איור 6) ללא סימנים ברורים של ללבוש לכבלים בין יציאות 1 ו-2. אין למדוד את תקן thru. בחר שונה thru.
    2. בחר תגובה | מידה | S21, לאחר מכן תגובה | קנה מידה | . קנה מידה הגדר את ערך החילוק ל0.1 על-ידי לחיצה על לחצן החץ למטה. בחר בתפריט גירוי | טריגר | יחיד כדי למדוד את אובדן ההכנסה של thru. סריקה בודדת תופיע מעבר לטווח התדרים.
      הערה: הערך של thru בחלקה בסדר גודל יומן טמון בתוך 0.05 dB של ההפניה 0 dB (איור 8) עבור כיול מספיק. זהו ערך אמפירי שהושג לאורך שנים רבות של כיול. ניתן לראות זאת על ידי שינוי קנה המידה ל 0.05 dB לכל חילוק.
    3. לאחר thru נבדק, להחזיר את קנה המידה חזרה 10 dB/חילוק על ידי בחירת תגובה | קנה מידה | שנה את קנה המידה והגדר את הערך לפי חילוק ל-10. בחר תגובה | מידה | S11.
    4. בחר בתפריט גירוי | טריגר | סינגל למדידת S11. הערך של הערכה טובה להלן: | S11| =-20 dB (1% השתקפות בכוח ו 10% השתקפות מתח).
      הערה: תרשים סמית '13 הייצוג מציג עכבה. מדידות S11 ו-s22 מופיעות כעיגול קטן במרכז התרשים. ערך העכבה הוא בתוך 0.5 Ω מ 50 Ω התייחסות לכיול מספקת.
  2. השתמש ב-50 Ω load כדי לבדוק את הכיול.
    1. צרף a 50 Ω נטען התאמה ליציאה 1.
    2. בחר בתפריט גירוי | טריגר | סינגל למדידת S11.
      הערה: עומס תואם הוא פחות מ-20 dB (מקדם השתקפות של עומס אידיאלי הוא 0). פעולה זו תופיע גם כעיגול קטן במרכז תרשים סמית (איור 9).
  3. השתמש בתקן כיול פתוח כדי לבדוק את הכיול.
    1. חבר תקן כיול פתוח.
    2. בחר בתפריט גירוי | טריגר | סינגל למדידת S11. פתוח הוא 0 dB על מגרש בסדר גודל יומן (מקדם השתקפות של הפתיחה אידיאלית הוא 1). בתרשים סמית, הפתח מופיע כעיגול קטן ב-0 בקצה הימני (איור 9) עבור כיול מספיק.
  4. השתמש בתקן כיול קצר כדי לבדוק את הכיול.
    1. חבר תקן כיול קצר.
    2. בחר תפריט גירוי | טריגר | סינגל למדידת S11. קצר הוא 0 dB (מקדם השתקפות של קצר אידיאלי הוא -1) על העלילה בסדר גודל יומן. בתרשים סמית ', הערך מופיע כעיגול בקצה השמאלי (איור 9) לכיול מספיק.
      הערה: אם נכשל בדיקת כיול, בדוק את החיבורים וחזור על הכיול. , אם הכיול טוב. המשך לסעיף 4

4. מדידת רכיבים או הפסדים במערכת

  1. חבר את האחדות לבנה. אם לאחדות יש יותר משתי יציאות (כלומר, מתגים, מפרידי חשמל וכו '), צרף 50 Ω נטען ליציאות שאינן מחוברות לבנה, מכיוון שהכוח ישתקף מיציאות אלה וישנה את המדידה.
  2. בחר תגובה | מידה | S21.
  3. בחר תפריט הגירוי | טריגר | סינגל כדי למדוד את האחדות.
  4. בחר קובץ | שמירת נתונים כ... . הקלד שם קובץ בתיבה שם הקובץ. בחר גם סוג קובץ. CSV או מעקב (*. s2p). בחר את הטווח (ערך ברירת המחדל של ' עקבות מוצגים ' מתאים כאן). בחר בתבנית (למשל, לרשום בסדר גודל וזווית, בסדר גודל ליניארי ושלב, מציאותי ודמיוני, ותבנית מוצגת [כגון תרשים סמית]). לחץ על ' שמור ' כדי לשמור את הנתונים.
  5. בדוק ונתח את תוצאות הבדיקה של מסנן מעבר בנדנה. דוגמה מחולקת לשלבים הבאים.
    1. זיהוי חלקים של המעקב על-ידי הצבת סמנים במעקב. בחר סמן/ניתוח | מרקר | סמן 1 ולחץ על אישור.
    2. בחר סמן/ניתוח | מרקר חיפוש | Max כדי למצוא את אובדן ההכנסה של מסנן המעקב. כפתור בלוח הקדמי יכול לשמש גם כדי לזהות מקסימה ו קיצון תוך כדי לטאטא את הסמן על פני נקודות תדירות.
    3. בחר סמן/ניתוח | סמן < סמן 1, ולאחר מכן בחר בסמן דלתא ומצמידים סמנים. הערך של סמן זה כפי שמוצג על המסך אמור לקרוא 0 dB. פעולה זו תגדיר ערך הפניה עבור הסמנים האחרים.
    4. בחר סמן/ניתוח | סמן | סמן 2 | ON | מצמידים סמנים. לחץ בתוך תיבת הגירוי כדי להדגיש את התדר, ואז להזיז את הכפתור עד הקריאה של סמן 2 על המסך מראה-3 dB.
    5. בחר סמן/ניתוח | סמן | מרקר 3 | ב- | מצמידים סמנים. לחץ בתוך תיבת הגירוי כדי להדגיש את התדר ולהזיז את הידית עד הקריאה של סמן 3 על המסך מראה-3 dB.
    6. השווה את הערכים הנמדדים לאלה של מפרטי המסנן של היצרן.

Representative Results

בעת אימות אם רכיב פועל כהלכה, חשוב להתייעץ עם מפרטי היצרן, שניתן למצוא באתרי האינטרנט המתאימים להם. כאן, הפילטר (איור 10) נמדד לאחר התייעצות עם מפרט14שלה. כפי שמוצג באיור 11, אובדן ההכנסה זוהה, כמו גם את 3 נקודות dB. אובדן ההכנסה נמדד לאחר כיול, כפי שמוצג על ידי סמן 1, היה בסדר גודל של 0.83 dB. . הסימן השלילי מעיד על אובדן אובדן ההכנסה בהפניה מצוין כ0.8 dB מותאם (dBa). רוחב הפס הנמדד 3 dB של המסנן השתנה מ-1749 MHz ל-1854 MHz. כאשר החיסור, זה הניב ערך של 105 MHz, אשר קרוב לערך האופייני של 104.5 MHz.

ישנם 10 dB הנחתים בנויים לעמוד בפני כוח קלט של 50 W, כפי שמתואר על ידי מפרטי היצרן של15. מפרט החליש עבור מחליש זה הוא 10 dB ± 0.5 dB. בשלב מסוים, כוח קלט גדול מ-50 W היה קלט לתוך מחליש, אשר פגע מחליש. בנה מכויל שימש לבדיקת איכות הרכיב. שוב, חשוב למדוד כל רכיב לפני כל מדידות השדה עבור אבטחת איכות. מדידת האחדות מוצגת באיור 12. לעומת זאת, מדידה של מחליש טוב 10 dB מוצג באיור 13. יצוין כי ערך נמדד היה 9.88 dB ב 1750 MHz, אשר בתוך טווח שצוין של-9.5 to-10.5 dB על רוחב הפס כולו של 1700 – 1900 MHz.

לבסוף, אובדן כבלים הוא מדידה חשובה נוספת שבוצעה לעתים קרובות במדידות תדרי רדיו. מפרט עבור כבל נמדד ניתן למצוא בעמוד 5 של גיליון נתונים16. ההינחתה לרגל (dB/ft) היה 0.05 dB ב 1 GHz, או 0.16 dB/m. כבל נמדד עם אורך של 36 רגל/11 מ ' היה אובדן שצוין של ~ 1.8 dB, על פי היצרן. ההפסד הנמדד מוצג באיור 14. בתדירות של 1750 MHz, הפסד נמדד היה-1.88 dB (אשר, כאשר מעוגל עד העשירית הקרובה ביותר של דציבל, הוא בסדר גודל של 1.9 dB).

Figure 1
איור 1: הפעלת הבנה. העיגול האדום מייצג את המיקום של לחצן ההפעלה ' בנה '. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: כבלים באיכות גבוהה, בעלי יציבות פאזה המחוברים לשתי יציאות הבנה. הכבלים מחוברים לפנל הקדמי של הבניה באמצעות 8 ב. lbf. . מפתח ברגים אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: ניקוי מחברים. (א) ניקוי של המוליך הפנימי, (ב) ניקוי של המוליך והחוטים החיצוניים, ו (ג) בעדינות להרוס את המחבר באמצעות אוויר דחוס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4:12 ב. lbf. מפתח ברגים עבור סוג N מחברים. מפתח ברגים זה משמש להידוק הקשרים בין כבלי הבניה לבין האחדות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: ערכת כיול סוג N. המוצג כאן הוא ערכת כיול המכילה סטנדרטים פתוחים, קצרים, נטענים וthru המשמשים לכיול שגיאות ב-בנה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: הקלד N כיול סטנדרטים. תמונות של תקני כיול זכר ונקבה המשמשים את הכיול. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: מודול כיול אלקטרוני. . תמונה של מודול כיול אלקטרוני אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8: Thru הכיול לבדוק לאחר הכיול על העלילה בגודל יומן כפונקציה של תדירות ב-GHz. הערך של thru הוא 0.01 dB בתדירות של 1.8 GHz. זה מראה את הערך של thru כפונקציה של תדירות ב-GHz לאחר כיול. Thru משמש לבדיקת כיול כדי להבטיח שכיול יהיה חוקי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 9
איור 9: הסבר התרשים סמית. מיקומי העכבה הממשיים והדמיוניים לריקודים הסטנדרטיים מוצגים בדמות השמאלית, וערכי בהירות העכבה מוצגים בדמות הימנית17. זה תרשים סמית הציור מראה הן העכבה האמיתית והדמיונית בצד שמאל ובהירות העכבה מצד ימין. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 10
איור 10: מסנן RF שנוסף בין יציאות 1 ל-2. תצלום של מסנן RF שנוסף בין יציאות 1 ל-2 בסוף כבלי הבניה במהלך המדידות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 11
איור 11: אובדן ההכנסה נמדד 3 נקודות dB עבור מסנן RF עם מפרטים שסופקו באיור 9. זוהי תמונת מסך של הבנה במהלך המדידה של מסנן RF המוצג באיור 10. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 12
איור 12: מדידה של 10 מחליש dB לא בתוך המפרט שלה. ערך נמדד הוא-22.70 dB ב 1.7 GHz ומפרט שלה הוא 10 dB ± 0.5 dB. מוצג גם הוא מדידה של 10 dB מחליש כי הוא כבר לא בתוך המפרט שלה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 13
איור 13: מדידה של 10 dB מחליש בתוך המפרט שלה. הערך שנמדד היה-9.88 dB. המוצג גם הוא מדידה של מחליש 10-dB הנמצא בתוך המפרט שלה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 14
איור 14: מדידה של 36 ft (11 m) כבל קואקסיאלי עם ערך 0.05 dB/ft שצוין. הפסד דרך אורך הכבל צפוי להיות ~ 1.8 dB, אשר תואם את הערך נמדד של-1.9 dB ב 1.87 GHz. מוצג גם הוא מדידה של כבל המציג כי ההפסד נמדד בתוך מפרטי היצרן. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Discussion

חשוב לאפשר לבנה להתחמם RT עבור לפחות 0.5 h (למרות, 1 h הוא טוב יותר) לפני ביצוע כיול, אשר מאפשר לכל הרכיבים הפנימיים לבוא RT ותוצאות כיול יציבה יותר. כיול אחד יכול להימשך מספר ימים ללא אובדן דיוק גדול; עם זאת, הכיול מסומן מדי יום באמצעות תקן כיול כדי להבטיח את תקינות המדידה. בדיקת כל רכיבי המערכת חיונית כך שמחברים רעים לא פוגעים בדיוק של הבנה. מומלץ להשתמש בכבלי הפסד נמוך עם הבנה. יש לבדוק את תקינות הכיול לפני המדידה של כל רכיב מערכת או אחדות. יש לחזור על כל מדידה מחוץ למפרטים המסופקים כאן או לדרוש כיול חדש. לבסוף, שימוש במפרטי היצרן כדי לבדוק את ערכי האחדות הנמדדים הוא חלק הכרחי באימות.

באמצעות הבנה ככלי מדידה יש מגבלותיו. אם האחדות או המערכת הפסדים כה גדולים עד שפרמטרי ה-S הנמדדים יפלו מתחת לרצפת הרעש של הגוף הרחב, לא ניתן יהיה למדוד אותה עם הבנה. ניתן להנמיך את רצפת הרעש על-ידי הקטנת רוחב הפס IF והגדלת זמן הניקוי. פעולה זו תגרום להאטת זמן רכישת המדידה; לפיכך, קיימת עסקת חליפין בעת התאמת הפרמטרים הללו. לארגון הבניה אין אפשרות לטפל בכוחות קלט הגדולים מ-30 dBm, כך שהשימוש בהכנסה פנימית או חיצונית בעת מדידת מגברי נדרש. לבנה יש מקור ומקלט הנמצא באותו מכשיר, כך שהוא שימש כמערכת מדידה של הפצת הרדיו. מכיוון שהמקור והמקלט נמצאים בתוך הבניה, יש לצרף את יציאת השידור באופן כלשהו ליציאה המקבלת. בדרך כלל, זה נעשה עם כבלים; עם זאת, כבלים מוסיפים אובדן, ומפחית את הטווח הדינמי של מה שניתן למדוד. יתר על כן, מרחקים הפרדה להיות מוגבלים.

השיטה האחרת שבאמצעותה ניתן למדוד תביעות היא שימוש במחולל אותות ובמד כוח. מד הכוח הוא התקן מדידה סקלרית, כך שהוא יכול רק למדוד את סדר הגודל של האות. הוא אינו יכול לפקח על שלב האות, מה שמביא למידות פחות מדויקות של האות. הבניה מודדת הן את סדר הגודל והן את הפאזה (של רכיבים אמיתיים ודמיוניים) של אות נמדד ביחס לאות קלט מוכרת, שהיא מדידה באיכות גבוהה יותר.

VNAs הם אפשרות רב-תכליתית עבור סוגים רבים של מדידות. ניתן להשתמש בכלי כדי למדוד אותות רדיו מוקרן באמצעות אנטנות על שידור וקבלת יציאות18. ניתן להשתמש בניתוח תחום זמן כדי לנטר אותות לאורך זמן ולקבוע היכן מתרחשת הפסקה בכבל. הוא יכול למדוד תדרים רבים במהלך הסריקה, אשר ניתן להשתמש בהם כדי להבין הפסדים החליש על תדרים רבים או מתקיים19 או סביבה מוקרן20. הבנת הגדרות הפרמטרים השונות של התוצאות "בנה" במערכות DUTs/מערכות, ומדידות שהושגו עם האחדות/המערכת, יכולות להיות משמשות ברמת ביטחון גבוהה.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

אנו מודים למשרד הספקטרום של ההגנה (DSO) למימון העבודה.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Commerce Spectrum Management Advisory Committee. 1755-1850 MHz Airborne Operations: Air Combat Training System Sub-Working Group Final Report. (2014).
  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).
  3. Molisch, A. Wireless Communications - 2nd edition. J. Wiley & Sons, Ltd. Hoboken, NJ. (2010).
  4. 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).
  5. Network Analyzer Basics. Keysight Technologies. Available from: http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5965-7917E.pdf (2019).
  6. Rytting, D. Network Analyzer Error Models and Calibration Methods. Available from: http://emlab.uiuc.edu/ece451/appnotes/Rytting_NAModels.pdf (2019).
  7. 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).
  8. Kerns, D. M., Beatty, R. W. Basic Theory of Waveguide Junctions and Introductory Microwave Network Analysis (Monographs on Electromagnetic Waves). Pergamon Press. (1967).
  9. Engen, G. F. Microwave Circuit Theory and Foundations of Microwave Metrology. Peter Peregrinus, Ltd. London, UK. (1992).
  10. Witte, R. A. Spectrum and Network Measurements. Noble Publishing Corporation. Atlanta, GA. (2001).
  11. 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).
  12. Keysight Electronic Calibration Modules. Keysight Technologies. Available from: https://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/N7550-90002.pdf?id=2852836 (2019).
  13. Smith, P. H. Electronic Applications of the Smith Chart. Electromagnetics and Radar, SciTech Publishing, Inc. Raleigh, NC. (2006).
  14. K&L Microwave. Available from: http://www.klfilterwizard.com/klfwpart.aspx?FWS=1222001&PN=8FV50-1802_fT95-O_2fO (2019).
  15. Mini-Circuits. Available from: http://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=BW-N10W50_2B (2019).
  16. Utiflex Flexible Microwave Cable Assemblies Brochure. Available from: https://rf.cdiweb.com/datasheets/micro-coax/UtiflexCableAssemblies.pdf 5 (2019).
  17. Smith Chart Explanation. Available from: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Smith_chart_explanation.svg (2019).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
כיול של מנתח רשת וקטור עבור מדידות בתדר רדיו ערוצי הפצת
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter