Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

Radyo Frekansı Yayılma Kanallarında Ölçümler için Vektör Ağı Analizörükalsikalasyonu

doi: 10.3791/60874 Published: June 2, 2020

Summary

Bu protokol, bir radyo frekansı yayılma ölçüm test sisteminin bileşenlerini ölçmek amacıyla doğru bir araç olarak kullanılmadan önce bir vektör ağ çözümleyicisini kalibre etmek için en iyi uygulamaları açıklar.

Abstract

Radyo frekansı (RF) spektrum aktivitesi yerinde ölçümler radyo frekans ı dalga yayılımı fiziği hakkında fikir sağlar ve mevcut ve yeni spektrum yayılma modellerini doğrular. Spektrum kullanımı artmaya devam ettikçe, bu parametrelerin her ikisi de parazitsiz spektrum paylaşımını desteklemek ve korumak için gereklidir. Bu tür yayılma ölçümlerinin doğru, tekrarlanabilir ve eserlerden ve önyargılardan arınması hayati önem taşımaktadır. Bu ölçümlerde kullanılan bileşenlerin kazanç ve kayıplarını karakterize etmek doğrulukları açısından hayati önem taşımaktadır. Vektör ağ analizörü (VNA), doğru kalibre edilmişse sinyallerin hem büyüklüğünü hem de fazını ölçen iyi kurulmuş, son derece doğru ve çok yönlü bir ekipmandır. Bu makalede, bir VNA kalibre etmek için en iyi uygulamalar ayrıntıları. Kalibre edildikten sonra, doğru yapılandırılmış bir yayılma ölçüm (veya kanal sondaj) sisteminin bileşenlerini doğru bir şekilde ölçmek için kullanılabilir veya ölçüm sisteminin kendisi olarak kullanılabilir.

Introduction

Telekomünikasyon Bilimleri Enstitüsü (ITS), ABD Ticaret Bakanlığı'nın bir kuruluşu olan Ulusal Telekomünikasyon ve Enformasyon İdaresi'nin (NTIA) araştırma laboratuvarıdır. ITS 1950'lerden beri radyo yayılımı ölçümlerinde aktif olarak faaliyet göstermektedir. Spektrum paylaşımı, federal ve ticari spektrum kullanıcıları için yeni bir paradigma, iki farklı sistem aynı anda aynı radyo frekans spektrumu paylaşmak gerektirir. Spektrum paylaşım senaryoları arttıkça, birden çok hizmetin paylaşılması gereken radyo ortamını daha iyi anlamasını sağlayan doğru ve tekrarlanabilir radyo yayılma ölçümlerine duyulan ihtiyaç da artar. Açıklanan yordamın amacı, böyle bir sistemi oluşturan bileşenlerin doğru yapılandırılmış bir VNA ile iyi bir şekilde karakterize edilmesini sağlamaktır.

Spektrum için talep artar ken, her zaman şu anda ticari amaçlar için federal kurumlar tarafından kullanılan hızla serbest spektrum mümkün değildir. Örneğin, Gelişmiş Kablosuz Hizmetler (AWS)-3 bandında (1755–1780 MHz), askeri hizmetler ve ticari kablosuz taşıyıcılar arasında spektrum paylaşım düzenlemeleri geliştirilmektedir1. Bu düzenlemeler, ticari kablosuz taşıyıcıların askeri hizmetlerin bant dışına geçişini tamamlamadan önce AWS-3 bandına girmelerine olanak sağlar.

Savunma Spektrum Örgütü (DSO) AWS-3 geçiş yönetmekle görevli olmuştur. Geçişin önemli bir bölümü, bandı paylaşan askeri ve ticari kablosuz sistemler arasındaki RF girişim potansiyelini değerlendirmek için yeni yayılma modelleri geliştirmeyi içerir. DSO, çevredeki yeşilliklerin ve insan yapımı yapıların (topluca yığılmayı olarak da bilinir) etkisini daha iyi hesaplayan yeni modeller oluşturmak için ITS ve diğerlerini bir dizi kanal sondaj ölçümleri yapmakla görevlendirdi. Yığılmayı düşünen geliştirilmiş yayılma modellemesi, askeri sistemlerin çevresinde ticari vericiler üzerinde daha az kısıtlamaya yol açacaktır.

RF spektrum aktivitesi yerinde ölçümler RF dalga yayılımı fiziği hakkında fikir sağlamak ve mevcut ve yeni radyo yayılımı modelleri doğrulamak. Bu bileşenlerin her ikisi de, parazitsiz spektrum paylaşımını desteklemek ve korumak için gereklidir. Bilinen bir test sinyalinin belirli bir konumdan mobil veya sabit bir alıcıya iletildiği kanal sondaj teknikleri, farklı ortamlarda radyo kanalı özelliklerini tahmin eden veriler sağlar. Veriler, yayılma kayıplarını veya sinyalin zayıflatılmasını daha doğru tahmin eden modeller geliştirmek ve geliştirmek için kullanılır. Bu kayıplar, binaların ve diğer engellerin (yani kentsel kanyonlarda ağaçlar veya arazi) engellenmesi ve yansımasından kaynaklanabilir. Bu engeller, sinyal kaybı veya iletim ve alıcı anten arasında zayıflama ile sonuçlanan birden fazla, biraz varyant, yayılma yolları üretir.

ITS ölçüm teknikleri doğru, tekrarlanabilir ve tarafsız sonuçlar üretir. DSO, ITS'yi kurumsal bilgisini daha geniş bir teknik toplulukla paylaşmaya teşvik etmiştir. Bu bilgi, RF yayılma verilerinin en iyi şekilde nasıl ölçülecek ve işlendiğini içerir. Yakın zamanda yayınlanan NTIA Teknik Muhtıra sı tm-19-5352,3,4,5, radyo yayılımı ölçüm sistemlerinin hazırlanması ve doğrulanması için bir dizi en iyi uygulamayı açıklamaktadır. Bu en iyi uygulamaların bir parçası olarak, bir VNA, bir ölçüm sisteminin bileşen kayıplarını veya kazanımlarını doğru bir şekilde ölçmek için kullanılır. Kazançlar ve kayıplar daha sonra iki anten arasındaki sinyal zayıflamasını hesaplamak için kullanılır.

Burada sunulan protokol, laboratuvar veya saha uygulamalarında test edilmeden önce vna5 kalibre etmek için en iyi uygulamaları ele alabiliyor. Bunlar arasında ısınma süresi, RF konektör tipinin seçilmesi, uygun bağlantıların yapılması ve uygun kalibrasyon adımlarının performansı yer almaktadır. Kalibrasyon, belirli bir yayılma ölçüm senaryosu bağlamında veri toplamadan önce kontrollü bir laboratuvar ortamında yapılmalıdır. Bu protokol kapsamı dışında olan belirli yayılma ölçüm ortamları ile ilgili ek hususlar olabilir.

VNA, diğer ölçüm sistemlerini monte ederken bileşenlerin ve alt montajların cihaz özelliklerini ölçmek için kullanılır. Güç amplifikatörler, alıcılar, filtreler, düşük gürültü amplifikatörler, mikserler, kablolar ve antenler VNA ile karakterize edilebilen tüm bileşenlerdir. Bir sistemin test edilmesi nden ve/veya kalibre edilmesinden önce, sistemin gerekli tüm bileşenlerinin bir listesi hazırlanır ve tüm sistem bileşenleri bir leştirilir. Bir sistemin her bileşeni, VNA kabloları arasına eklenerek ayrı ayrı ölçülür. Bu, tüm bileşenlerin üreticinin belirtimleri dahilinde çalışmasını sağlar. Bileşenler kontrol edildikten sonra sistem monte edilir ve tüm sistemdeki kayıplar ölçülür. Bu, bileşenler arasındaki yansımaların ve aktarımların doğru bir şekilde karakterize edilmesini sağlar.

VNA, hem büyüklük hem de faz ile karmaşık değerli miktarlar olan saçılma parametrelerini (S-parametreleri) ölçer. S-parametresi, olay sinyaline (yansıma ölçümü) veya 2) olay sinyaline (iletim ölçümü) iletilen sinyale yansıyan sinyalin 1) oranlı ölçüsüdür. İki bağlantı noktası aygıtı için dört S-parametre (S11, S21, S12ve S22)ölçülebilir. İlk alt yazı, sinyalin alındığı bağlantı noktasını, ikincisi ise sinyalin aktarıldığı bağlantı noktasını ifade eder. Böylece, S11 iletilen sinyal port 1 kaynaklı ve port 1 alınan anlamına gelir. Ayrıca, S21 iletilen sinyalin bağlantı noktası 1'den yeniden kaynaklandığı ancak bağlantı noktası 2'den alındığı anlamına gelir. S11, bağlantı noktası 1'de meydana gelen orijinal sinyale atıfta bulunarak, test altındaki cihaz (DUT) tarafından port 1'de yansıtılan sinyal miktarını ölçer. S21, DUT aracılığıyla iletilen ve liman 1'deki olay sinyaline atıfta bulunarak 2. S11, dut'un port 1'deki yansıma katsayısının bir ölçüsüdür ve S21, DUT'nin 1' den port 2' ye iletim katsayısının bir ölçüsüdür.

Genellikle VNA ölçüm kablolarının sonunda bulunan ölçüm referans düzlemine kadar olan (ve dahil) bileşenlerdeki sistematik hataları kaldırmak için VNA'nın kalibrasyonu gereklidir. Kalibrasyon, bilinen "mükemmel" standartları (açık, kısa, yükler, itru/line) ölçerek ve VNA'nın ölçtüğü değerle karşılaştırarak sistem hatalarını ortadan kaldırır. Bir dizi hata düzeltmesi sayesinde, DUT için düzeltilmiş bir değer görüntülenir. Şu anda kalibrasyon sırasında karakterize 12 hata terimleri6,7 vardır. Daha fazla bilgi için, klasik mikrodalga devre teorisi9,10 tarafından desteklenen altı bağlantı noktası ağ analizörleri8 üzerinde yapılan orijinal S-parametreölçümleribakın.

S-parametre yansıma ölçümlerinin en yaygın türleri dönüş kaybı, ayakta dalga oranı (SWR), yansıma katsayısı ve empedans eşleştirmedir. S-parametre iletim ölçümlerinin en yaygın türleri ekleme kaybı, iletim katsayısı, kazanç/kayıp, grup gecikmesi, faz veya faz gecikmesi ve elektrik gecikmesidir. İletim kaybı ölçümleri açıklanan protokolde vurgulanır.

VNA kullanılarak sistem bileşenlerinin kazanç ve kayıplarının ölçülmesi iyi anlaşılmıştır. Ancak, konektörlerin temizlenmesi ve uygun bir tork anahtarı nın kullanılması gibi önemli adımlar genellikle atlanır. Bu protokol, bazılarının neden özellikle önemli olduğuna dair gerekli tüm adımları ve açıklamaları sağlar. Ayrıca, sinyal zayıflatma hesaplamaları da dahil olmak üzere, RF yayılma ölçümlerinin nasıl yapılacağını açıklayan gelecekteki bir makalenin başlangıcı olarak da hizmet edecektir.

Protocol

1. VNA kurulumu

  1. Kablolar, amplifikatörler, filtreler, DUT'lar (alt montajlar olabilir) ve diğer bileşenler de dahil olmak üzere yayılma ölçüm sisteminin tüm bileşenlerini toplayın.
  2. VNA'yı açın (Şekil 1), ve VNA'nın tüm iç bileşenlerinin sabit bir çalışma sıcaklığı olduğundan ve faz kaymasının en aza indirilmesini sağlamak için en az 0,5 saat ısıtın.
  3. Önceden Ayarlanmış düğmesine basın.
  4. VNA'nın 1 ve 2 bağlantı noktalarına yüksek kaliteli, faz ayarı olan kablolar takın (Şekil 2).
  5. VNA bağlantı noktalarındaki konektörleri 8 in.lbf ile sıkın. tork anahtarı. Bir bağlantıyı düzgün bir şekilde torklamak için, tutamacın ucunu tutun ve tutamacın tamamen kırılmasına izin vermeden tutamacı hafifçe itin.
  6. Nickler, ezikler ve kusurlu konektör iplikleri gibi belirgin aşınma belirtileri için tüm kabloları ve konektörleri görsel olarak inceleyin.
  7. Tüm kablolar, konektörler ve DUT'lar için geçerli ölçüm aralıkları için üreticinin teknik özelliklerini kontrol edin. Bu özellikler sıcaklık, nem, frekans ve güç içerebilir.
  8. Tüm cihazlarda ve kablo uçlarında konektörleri temizleyin. Hassas elektronik ve konektörleri temizlemek için özel olarak tasarlanmış bezler kullanın. Kirli konektörlü kabloların kullanılması, kabloların iletken yüzeylerine zarar verebilir ve yanlış ölçümler üretebilir.
    1. Bir pamuklu bezi isopropil alkole batırın.
    2. Nemli bezi kullanarak orta iletkeni(Şekil 3A)yavaşça temizleyin. Kolayca hasar gördüğünden, merkez iletkene çok fazla kuvvet uygulaymayın.
    3. Her konnektörün dış iletkenini temizleyin (Şekil 3B). Kaplin somunu ipliklerini temizleyin.
    4. Temiz basınçlı hava kullanarak tüm kablo ve konektör uçlarını kurutun(Şekil 3C). Basınçlı hava konektörü soğutuyorsa, tüm bağlantıları yapmadan ve sıkmadan önce konektörün oda sıcaklığına (RT) dönmesini bekleyin.
  9. 1 ve 2 bağlantı noktalarındaki VNA kabloları ile DUT bağlantı larını hizalayın ve bağlantı kurun. 12 in.lb sıkın. tip N bağlantıları için tork anahtarı (Şekil 4). Kablo uçlarının düzgün hizalandığından emin olun.
    1. DUT tarafındaki konektörü VNA kablo iplerine döndürmeye başlayın. Uygun bağlantılar somun az direnç ile serbestçe dönmesini sağlar. Direnç çapraz iplik bir işaretidir. Yanlış hizalama konektöre zarar verebilir veya sinyal yansımalarına ve sinyal kaybına neden olabilir. Konektöre zarar verdiği için konektörü aşırı sıkmayın.
    2. VNA'nın kablolarını kalibrasyon sırasında minimum hareket ettirebilecekleri şekilde düzenleyin. Kalibrasyon kabloları faz ayarı stabildir ve ideal olarak kalibrasyon sırasında bükülmez veya hareket ettirmez.
  10. VNA ölçüm parametrelerini DUT'un özelliklerine göre ayarlayın. Frekans aralığı da merkezi frekans ve frekans aralığı "span" olarak bilinen kullanılarak seçilebilir.
    1. Frekans aralığını seçin. Stimulus Menü seçin | Freq | Başlangıç Frekansı: 1700 MHz. Stimulus Menü seçin | Freq | Durdurma Frekansı: 1900 MHz.
    2. Ölçüm türünü seçin (örn. S11, S12, S21, S22). Yanıt Menüsünü Seçin | Ölçü | S21.
    3. Bağlantı noktası gücünü seçin ve ayarlayın. Stimulus Menü seçin | Güç | Bağlantı Noktası Gücünü Ayarla: 0 dBm. Çıkış gücünün DUT maksimum güç belirtimine eşit (veya altında) olduğundan emin olun.
    4. Süpürme ayarlarını seçin ve ayarlayın. Stimulus Menü seçin | Süpürme | Süpürme Türü: Basamaklı. Stimulus Menü seçin | Süpürme | zaman | Süpürme Süresi: 1 sn. Sonra, Stimulus Menü | Süpürme | Süpürme Kurulumu | Çalışma Süresi: 0 μsec.
      NOT: Adımadım süpürme, her frekansa adım attığından ve ölçüm yapmadan önce bir frekansta bulunduğundan, adım adımlı süpürme türüdür. Uzun kablolar kullanıyorsanız, sinyalin ölçümden sonra alıcıya ulaştığından emin olmak için çalışma süresinin artırılması gerekebilir. 0 μs çalışma süresi en uygun varsayılan ayardır.
    5. Yanıt Menüsü'nü seçerek ortalama modu seçin ve ayarlayın | Ortalama | Ortalama: IFBW: 1 kHz.
      NOT: Uygun ortalama türünü seçin: "nokta ortalaması" her frekans noktasını belirli bir sayıda (yani, 2, 4 16, 32, vb.) ortalamalar, bu da gürültü tabanını ve belirsizliği azaltır, ancak süpürme süresini artırır. IFBW, gücü küçük bir bant genişliğinde ölçmek için bir filtre kullanır, bu da gürültü zeminini azaltır ancak daha az ölçüm süresi gerektirir. IFWB ortalama daha optimal ortalama tekniği olma eğilimindedir.
    6. Yanıt Menüsü'nü seçerek görüntülenen veri biçimini (örneğin, LogMag [varsayılan ayar], Smith Chart, SWR, vb.) seçin | Biçimlendir | LogMag.
    7. Stimulus Menu kullanarak görüntülenen izlemedeki veri noktası sayısını seçin | Süpürme | Puan Sayısı: 1601.
      NOT: Nokta sayısı, başlangıç ve durdurma frekansları arasında maksimum frekans kapsamına ulaşılabilmesi için ayarlanır:

Equation 1

Yukarıdaki örnekte, adım boyutu veya frekans aralığı 0,125 MHz, böylece frekans(1) = 1700.000 MHz, frekans(2) = 1700.125 MHz, ... frekans(1600) = 1899.875 MHz, frekans(1601) = 1900 MHz.

2. VNA kalibrasyonu

  1. Elektronik kalibrasyon modülü varsa ve isteniyorsa manuel veya elektronik kalibrasyon seçin (bkz. bölüm 2.11). Ya kalibrasyon doğrudur.
  2. Yanıt'ı seçerek Manuel Kalibrasyon'u seçin | Cal Menü | Cal Başlat | Kalibrasyon Sihirbazı | Rehbersiz.
    1. Belirli kalibrasyon kitindeki standartların doğru bir değerinin bilinmesi için uygun kalibrasyon kitini seçin (Şekil 5). Burada, 85054D seçin, sonra iki bağlantı noktası kısa-açık-yük-thru (SOLT) kalibrasyon (iki bağlantı noktası ile bir DUT için) seçin. Kullanılabilir diğer kalibrasyonlar, yanıt kalibrasyonuna ek olarak tek bağlantı noktasına sahip bir aygıt için tek bağlantı noktasıdır. SOLT en doğru seçenek11.
    2. Bir sonraki ekrana gitmek için İleri'yi seçin.
  3. Bağlantı noktası 1'e bağlı kabloya açık bir kalibrasyon standardı(Şekil 6)takın. Açık bir kalibrasyon standardı, 377 Ω'luk boş uzay empedansını simüle etmek için konektörün arkasında açık bir oyuk vardır.
  4. Bağlantı noktası 2'ye bağlı kabloya kısa bir kalibrasyon standardı takın. Kısa konektörün arkasında metal bir plaka vardır, böylece gelen voltaj tamamen yansır.
    1. Bağlantı Noktası 1'i seçin | AÇIK | Tip N (50) kadın açık, bağlı açık bir ölçüm gerçekleştirir. VNA ekranında, S11'deki0 dB referans seviyesinden hafifçe eğimli bir iz görünür, açık standart için günlük büyüklüğü ekran biçimi. Ölçüm tamamlandıktan sonra (standart Üzerinde bir onay işareti görünür), devam etmek için Tamam düğmesine basın. Bu, kullanıcıyı önceki ekrana geri gönderir.
    2. DUT ile aynı cinsiyete sahip bir erkek veya kadın kalibrasyon standardı seçin (yani, bir erkek kalibrasyon standardı merkezi pin vardır ve bir kadın kalibrasyon standardı takılabilir bir bağlantı noktasına sahip olacaktır). Eski VNA'lar VNA kablosunun cinsiyetine göre bir kalibrasyon standardı gerektirir.
    3. Bağlantı Noktası 2'yi seçin | KISA | Tip N (50) kadın kısa, hangi ekli kısa bir ölçüm gerçekleştirir. VNA ekranında, s11üzerinde 0 dB referans seviyesinden hafifçe eğimli bir iz görünür, kısa standart için günlük büyüklüğü ekran formatı. Ölçüm tamamlandıktan sonra (standart Üzerinde bir onay işareti görünür), devam etmek için Tamam düğmesine basın. Bu, kullanıcıyı önceki ekrana geri gönderir.
  5. Bağlantı noktaları arasında kalibrasyon standartlarını değiştirin (örneğin, açık kalibrasyon standardını bağlantı noktası 2'ye takın, ardından kısa kalibrasyon standardını bağlantı noktası 1'e takın).
    1. Bağlantı Noktası 1'i seçin | KISA | Tip N (50) kadın kısa bağlantı noktası 1 kısa ölçmek için. VNA ekranında, s11üzerinde 0 dB referans seviyesinden hafifçe eğimli bir iz görünür, kısa standart için günlük büyüklüğü ekran formatı. Ölçüm tamamlandıktan sonra (standart Üzerinde bir onay işareti görünür), devam etmek için Tamam düğmesine basın. Bu, kullanıcıyı önceki ekrana geri gönderir.
    2. Bağlantı Noktası 2'yi seçin | AÇIK | Tip N (50) kadın açık bağlantı noktası 2 açık ölçmek için. VNA ekranında, S11'deki0 dB referans seviyesinden hafifçe eğimli bir iz görünür, açık standart için günlük büyüklüğü ekran biçimi. Ölçüm tamamlandıktan sonra (standart Üzerinde bir onay işareti görünür), devam etmek için Tamam düğmesine basın. Bu, kullanıcıyı önceki ekrana geri gönderir.
  6. Kısalığı bağlantı noktası 1'den çıkarın ve bağlantı noktası 1'e geniş bant yükü yerleştirin. Yük gelen enerjiyi emer, bu da geniş bir frekans aralığı üzerinde küçük bir yansımayla sonuçlanır.
    1. Bağlantı Noktası 1'i seçin | YÜKLER | Bağlantı noktası 1'deki yükü ölçmek için N (50) bant yükü yazın. Ölçüm tamamlandıktan sonra (standart Üzerinde bir onay işareti görünür), devam etmek için Tamam düğmesine basın. Bu, kullanıcıyı önceki ekrana geri gönderir.
    2. Port 2'deki geçerli kalibrasyon standardını koruyun. Sızıntı sinyalleri için bir yol sağlayabileceğinden, bağlantı noktasını açık bırakmayın. VNA ekranında bir izleme görünür ve ekran boyunca değişir. S11,log-magnitudeekran formatında ölçülen tüm değerler iyi bir yük için -20 dB'den az olacaktır.
  7. Bağlantı noktası 2'den açık kaldırma, bağlantı noktası 1'den geniş bant yükünü alın ve geniş bant yükünü bağlantı noktası 2'ye yerleştirin. Sızıntı sinyallerini önlemek için bağlantı noktası 2'den açık olan bağlantı noktası 1'e yerleştirin.
    1. Bağlantı Noktası 2'yi seçin | YÜKLER | Bağlantı noktası 2'deki yükü ölçmek için N (50) bant yükü yazın. VNA ekranında bir izleme görünür ve ekran boyunca değişir. S11,log-magnitudeekran formatında ölçülen tüm değerler iyi bir yük için -20 dB'den az olacaktır. Ölçüm tamamlandıktan sonra (standart Üzerinde bir onay işareti görünür), devam etmek için Tamam düğmesine basın. Bu, kullanıcıyı önceki ekrana geri gönderir.
  8. 1 ve 2 bağlantı noktalarına bağlı kablolar arasına bir kalibrasyon standardı yerleştirin. Bu genellikle her iki ucunda aynı cinsiyet bağlayıcıları ile bir adaptör.
    1. Kalibrasyon standardını ölçmek için THRU'yu seçin. Ölçüm tamamlandıktan sonra, bu ekranda THRU standardının üzerinde bir onay işareti görünür.
      NOT: İzolasyon, kablolar arasındaki çapraz konuşmayı ölçtekçe ve değeri genellikle diğer standartlara göre çok küçük olduğundan, izolasyon ölçümü genellikle kalibrasyon sırasında atlanabilir. Yukarıdaki kalibrasyon ölçümleri herhangi bir sırada yapılabilir.
  9. Tüm standartların üzerinde bir onay işareti varsa, kalibrasyonu kaydedin. Sonraki'ni Seçin | Kullanıcı Calset olarak kaydedin. Kalibrasyon için bir ad girin ve SAVE düğmesine basın.
  10. Bölüm 3'te ayrıntılı olarak kalibrasyonu kontrol edin.
  11. Manuel kalibrasyon seçilmezse, elektronik kalibrasyon seçeneği12'yiseçin. Elektronik kalibrasyon kitini(Şekil 7)1 ve 2 bağlantı noktaları arasındaki kablolara takın. Yanıt Seç | Cal Menü | Cal Başlat | Kalibrasyon Sihirbazı | Elektronik kalibrasyon seçeneği ile elektronik kalibrasyon.
    1. 2 portlu ECal seçin | Sonra, ölçü düğmesini seçin. Elektronik kalibrasyon modülü otomatik olarak farklı standartlar bir dizi ölçmek ve sonunda kalibrasyon kaydetmek için kullanıcı ister.
    2. Sonraki'ni Seçin | Kullanıcı Calset olarak kaydedin. Kalibrasyon için bir ad girin ve SAVE düğmesine basın.
      NOT: Elektronik kalibrasyon için sadece 1 ve 2 no'lu bağlantı noktalarından gelen kablolar modüle bağlanır. Tüm kalibrasyon standartları modülde yer almaktadır. Elektronik kalibrasyon dahili standartları otomatik olarak kalibre edecektir. Elektronik kalibrasyon modülü kablolarla aynı konektör tiplerine sahip değilse, modüliçinde bulunan kalibrasyon hatası düzeltmelerini adaptörleri hesaba katacak şekilde değiştirmek için ek bir kalibrasyon un tamamlanması gerekir. Rehberlik için üreticiye danışın.

3. Kalibrasyonun kontrol edilmesi

  1. Kalibrasyonu kontrol etmek için bir thru kullanın.
    1. 1 ve 2 bağlantı noktaları arasındaki kablolara belirgin aşınma belirtileri olmadan bir adaptör(Şekil 6)bağlayın. Standardı ölçmeyin. Farklı bir thru seçin.
    2. Yanıt Seçin | Ölçü | S21, sonra Yanıt | Ölçek | Ölçeklendirin. Aşağı ok düğmesine basarak Bölüm Başına değeri 0,1 olarak ayarlayın. Stimulus Menü seçin | Tetik | Tek thru ekleme kaybı ölçmek için. Frekans aralığında tek bir süpürme görünür.
      NOT: Bir günlük büyüklüğü çiziminin değeri yeterli kalibrasyon için 0 dB referansının 0,05 dB(Şekil 8)içinde yer alır. Bu kalibrasyonlar uzun yıllar boyunca elde edilen bir ampirik değerdir. Bu, ölçek bölüm başına 0,05 dB olarak değiştirilerek görülebilir.
    3. Thru kontrol edildikten sonra, Yanıt seçerek ölçeği 10 dB/bölüme geri döndürün | Ölçek | Bölüm başına değeri ölçeklendirin ve 10'a ayarlayın. Yanıt Seçin | Ölçü | S11' e.
    4. Stimulus Menü seçin | Tetik | S11ölçmek için tek . İyi bir thru değeri aşağıdakigibidir: | S11| = -20 dB (%1 güç yansıması ve voltajda %10 yansıma).
      NOT: Smith Chart13 gösterimi empedans ı gösterir. S11 ve S22 ölçümleri grafiğin merkezinde küçük bir daire olarak görünür. Empedans değeri yeterli kalibrasyon için 50 Ω referans0.5 Ω içindedir.
  2. Kalibrasyonu kontrol etmek için 50 Ω yük kullanın.
    1. Bağlantı noktası 1'e 50 Ω uyumlu bir yük takın.
    2. Stimulus Menü seçin | Tetik | S11ölçmek için tek .
      NOT: Eşleşen yük -20 dB'den küçüktür (ideal bir yükün yansıma katsayısı 0'dır). Bu da Smith Chart(Şekil 9)merkezinde küçük bir daire olarak görünür.
  3. Kalibrasyonu kontrol etmek için açık bir kalibrasyon standardı kullanın.
    1. Açık bir kalibrasyon standardı bağlayın.
    2. Stimulus Menü seçin | Tetik | S11ölçmek için tek . Bir günlük büyüklüğü çiziminde açık 0 dB'dir (ideal bir açıkın yansıma katsayısı 1'dir). Smith Grafiği'nde, açık, yeterli kalibrasyon için en sağdaki 0'da(Şekil 9)küçük bir daire olarak görünür.
  4. Kalibrasyonu kontrol etmek için kısa bir kalibrasyon standardı kullanın.
    1. Kısa bir kalibrasyon standardı bağlayın.
    2. Stimulus Menü seçin | Tetik | S11ölçmek için tek . Kısa, günlük büyüklüğü çiziminde 0 dB'dir (ideal bir kısanın yansıma katsayısı -1'dir). Smith Grafiği'nde, değer yeterli kalibrasyon için en soldaki(Şekil 9)bir daire olarak görünür.
      NOT: Kalibrasyon testi başarısız olursa, bağlantıları kontrol edin ve kalibrasyonu tekrarlayın. Kalibrasyon iyiyse, bölüm 4'e devam edin.

4. Bileşenlerin veya sistem kayıplarının ölçülmesi

  1. DUT'yi VNA'ya bağlayın. DUT'nin ikiden fazla bağlantı noktası (yani anahtarlar, güç bölücüleri vb.) varsa, güç bu bağlantı noktalarından yansıtılacağı ve ölçümü değiştireceği için VNA'ya bağlı olmayan bağlantı noktalarına 50 Ω uyumlu yük takın.
  2. Yanıt Seç | Ölçü | S21' e göre.
  3. Stimulus Menüsünü Seçin | Tetik | DUT ölçmek için tek.
  4. Dosya Yı Seçin | Verileri Olarak Kaydet... . Dosya adı kutusuna bir dosya adı yazın. Ya bir dosya türü seçin. CSV veya İzleme (*.s2p). Kapsamı seçin (Görüntülenen İzlerin varsayılan değeri burada uygundur). Bir Biçim seçin (örneğin, günlük büyüklüğü ve açısı, doğrusal büyüklük ve faz, gerçek ve hayali ve görüntülenen biçim [Smith Grafiği gibi]). Verileri kaydetmek için SAVE tuşuna basın.
  5. Bandpass filtresinin test sonuçlarını kontrol edin ve analiz edin. Bir örnek aşağıdaki adımlarda özetlenmiştir.
    1. İzlemeye işaretçiler yerleştirerek izlemenin parçalarını tanımlayın. Marker/Analiz seçin | Marker | Marker 1 ve Tamamtuşuna basın.
    2. Marker/Analiz seçin | Marker Arama | Max izleme filtresi ekleme kaybı bulmak için. Ön paneldeki ahzı, işareti frekans noktaları arasında süpürürken maxima ve minima'yı tanımlamak için de kullanılabilir.
    3. Marker/Analiz seçin | Marker < Marker 1,ardından delta işaretçisi ve birleştirilmiş işaretleriseçin. Ekranda gösterildiği gibi bu işaretçinin değeri 0 dB'yi okumalıdır. Bu, diğer işaretçiler için bir başvuru değeri ayarlar.
    4. Marker/Analiz seçin | Marker... | Marker 2 | AIŞ | birleştirilmiş işaretleri. Frekansı vurgulamak için uyarı kutusunun içine tıklayın ve ekrandaki Marker 2'nin -3 dB'sini gösterene kadar düğmesini hareket ettirin.
    5. Marker/Analiz seçin | Marker... | Marker 3 | AIŞ | birleştirilmiş işaretleri. Frekansı vurgulamak ve ekrandaki Marker 3'ün -3 dB'yi gösterene kadar düğmesini hareket ettirmek için uyarı kutusunun içine tıklayın.
    6. Ölçülen değerleri üreticinin filtre belirtimleri ile karşılaştırın.

Representative Results

Bir bileşenin doğru çalışıp çalışmadığını doğrularken, üreticinin kendi web sitelerinde bulunabilecek belirtimlerine başvurmak önemlidir. Burada, filtre (Şekil 10) özellikleri14danışıldıktan sonra ölçüldü. Şekil 11'degösterildiği gibi, ekleme kaybı ve 3 dB noktası tanımlanmıştı. Kalibrasyon sonrası ölçülen ekleme kaybı, marker 1'de gösterildiği gibi, 0.83 dB kadir büyüklüğündedir. Negatif işaret bunun bir kayıp olduğunu gösteriyor. Referanstaki ekleme kaybı0,8 dB ayarlanmış (dBa) olarak belirtilir. Filtrenin ölçülen 3 dB bant genişliği 1749 MHz'den 1854 MHz'e değiştirildi. Çıkarıldığında, bu 104,5 MHz tipik değerine yakın 105 MHz değeri verdi.

Üreticinin özellikleri15tarafından açıklandığı gibi, 50 W bir giriş gücüne dayanacak şekilde inşa edilmiş 10 dB zayıflatıcılar vardır. Bu zayıflatıcı için zayıflama belirtimi 10 dB ± 0.5 dB'dir. Bir noktada, 50 W'dan büyük bir giriş gücü zayıflatıcıya girdi, bu da zayıflatıcıya zarar verdi. Bu bileşenin kalitesini kontrol etmek için kalibre edilmiş bir VNA kullanıldı. Yine, kalite güvencesi için tüm alan ölçümlerini önce her bileşeni ölçmek önemlidir. DUT ölçümü Şekil 12'degösterilmiştir. Buna karşılık, iyi bir 10 dB zayıflatıcının ölçümü Şekil 13'tegösterilmiştir. Ölçülen değerin 1750 MHz'de 9,88 dB olduğu ve 1700-1900 MHz bant genişliğiboyunca -9,5 ile -10,5 dB arasında olduğu unutulmamalıdır.

Son olarak, kablo kaybı radyo frekansı ölçümlerinde sıklıkla yapılan bir diğer önemli ölçümdür. Ölçülen kablonun özellikleri,16. Ayak başına zayıflama (dB/ft) 1 GHz'de 0,05 dB veya 0,16 dB/m idi. Üreticiye göre, 36 feet/11 m uzunluğunda ölçülen bir kablo ~ 1.8 dB belirli bir kayıp vardı. Ölçülen kayıp Şekil 14'tegösterilmiştir. 1750 MHz frekansta ölçülen kayıp -1,88 dB idi (desibelin en yakın onda birine yuvarlandığında 1,9 dB kadirdir).

Figure 1
Şekil 1: VNA'yı açmak. Kırmızı daire VNA güç düğmesinin konumunu temsil eder. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: İki VNA bağlantı noktası bağlı yüksek kaliteli, faz ayarı olan kablolar. Kablolar VNA'nın ön paneline 8 in.lbf ile takılır. tork anahtarı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Konektörlerin temizlenmesi. (A) İç iletkenin temizlenmesi, (B) dış iletkenin ve ipliklerin temizlenmesi ve (C) konektörün basınçlı hava kullanılarak kurutularak hafifçe üflenir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: N tipi konektörler için 12 in.lbf. tork anahtarı. Bu anahtar, VNA kabloları ile DUT arasındaki bağlantıları sıkılaştırmak için kullanılır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: Tip N kalibrasyon kiti. Burada gösterilen açık, kısa, yük içeren bir kalibrasyon kiti ve VNA hataları kalibre etmek için kullanılan thru standartları. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: Tip N kalibrasyon standartları. Kalibrasyonda kullanılan erkek ve kadın kalibrasyon standartlarının fotoğrafları. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 7
Şekil 7: Elektronik kalibrasyon modülü. Elektronik kalibrasyon modülünün fotoğrafı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 8
Şekil 8: GHz frekans fonksiyonu olarak bir günlük büyüklüğü arsa üzerinde kalibrasyon sonra Thru kalibrasyon kontrol. Thru değeri 1.8 GHz frekansta 0.01 dB'dir. Bu kalibrasyon sonrası GHz frekans fonksiyonu olarak thru değerini gösterir. Kalibrasyonun geçerli olduğundan emin olmak için kalibrasyon kontrolü olarak kullanılır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 9
Şekil 9: Smith Chart açıklaması. Standart empedanslar için gerçek ve hayali empedans değeri konumları sol figürde, empedans büyüklüğü değerleri ise sağ daki şekil17'degösterilmiştir. Bu Smith Chart çizimi hem soldaki gerçek hem de hayali empedansı ve sağdaki empedans büyüklüğünü gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 10
Şekil 10: 1 ve 2 no'lu bağlantı noktaları arasına rf filtresi yerleştirilir. Ölçümler sırasında VNA kablolarının sonuna 1 ve 2 bağlantı noktaları arasına yerleştirilen bir RF filtresinin fotoğrafı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 11
Şekil 11: Şekil 9'da belirtilen özelliklere sahip RF filtresi için ölçülen ekleme kaybı ve 3 dB Figure 9noktası. Bu, Şekil 10'dagösterilen RF filtresinin ölçümü sırasında VNA'dan bir ekran görüntüsüdür. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 12
Şekil 12: 10 dB zayıflatıcının ölçülmesi özellikleri dahilinde değildir. Ölçülen değer 1,7 GHz'de -22.70 dB ve spesifikasyonu 10 dB ± 0,5 dB'dir. Ayrıca, artık belirtimleri içinde olmayan 10 dB'lik bir zayıflatıcının ölçümü de gösterilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 13
Şekil 13: 10 dB zayıflatıcının özellikleri dahilinde ölçülmesi. Ölçülen değer -9.88 dB idi. Ayrıca, özellikleri içinde bir 10-dB zayıflatıcı ölçümü gösterilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 14
Şekil 14: 0,05 dB/ft belirtilen zayıflama değerine sahip 36 ft (11 m) koaksiyel kablonun ölçülmesi. Kablonun uzunluğu boyunca kaybı ~ 1.8 dB olması bekleniyordu, hangi 1.87 GHz ölçülen değeri ile tutarlıdır. Ayrıca, ölçülen kaybın üreticinin belirtimleri içinde olduğunu gösteren bir kablonun ölçümü de görüntülenir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

Tüm dahili bileşenlerin RT'ye gelmesini ve daha kararlı kalibrasyonlar elde etmesini sağlayan kalibrasyonlar yapılmadan önce VNA'nın en az 0,5 saat (1 saat daha iyidir) RT'ye ısınmasına izin vermek önemlidir. Bir kalibrasyon doğruluk büyük bir kayıp olmadan birkaç gün sürebilir; ancak, kalibrasyon, ölçümün bütünlüğünü sağlamak için bir kalibrasyon standardı kullanılarak günlük olarak kontrol edilir. Tüm sistem bileşenlerinin incelenmesi, kötü konektörlerin VNA'nın hassasiyetine zarar vermemeleri için gereklidir. VNA ile düşük kayıplı kablolar kullanmak en iyisidir. Kalibrasyonun bütünlüğü herhangi bir sistem bileşeni nin veya DUT'nin ölçümünden önce kontrol edilmelidir. Burada verilen spesifikasyonlar dışında herhangi bir ölçüm tekrarlanmalıdır veya yeni bir kalibrasyon gerektirebilir. Son olarak, ölçülen DUT değerlerini kontrol etmek için üreticinin belirtimlerini kullanmak doğrulamanın gerekli bir parçasıdır.

VNA'nın ölçüm aleti olarak kullanılmasının sınırları vardır. DUT veya sistem, ölçülen S-parametreleri VNA'nın gürültü tabanının altına düşecek kadar büyük kayıplara sahipse, VNA ile ölçülemez. IF bant genişliğini azaltarak ve süpürme süresini artırarak gürültü tabanını düşürmek mümkündür. Bu, ölçüm alma süresini yavaşlatacaktır; böylece, bu parametreleri ayarlarken bir denge vardır. VNA 30 dBm'den büyük giriş güçlerini işleyemez, bu nedenle amplifikatörleri ölçerken dahili veya harici zayıflama gerekir. VNA aynı cihazda bulunan bir kaynak ve alıcıya sahiptir, bu nedenle radyo yayılımı ölçüm sistemi olarak kullanılmıştır. Kaynak ve alıcı VNA'da bulunduğundan, iletim bağlantı noktası bir şekilde alıcı bağlantı noktasına birleştirilmesi gerekir. Genellikle, bu kablolar ile yapılır; ancak, kablolar ölçülebilen dinamik aralığı azaltarak kayıp ekler. Ayrıca, ayırma mesafeleri sınırlı hale gelir.

Kayıpların ölçülebildiği diğer yöntem ise sinyal jeneratörü ve güç ölçer kullanımıdır. Güç ölçer skaler bir ölçüm cihazıdır, bu yüzden sadece bir sinyalin büyüklüğünü ölçebilir. Sinyalin fazını izleyemez, bu da sinyalin daha az doğru ölçümle sonuçlanır. VNA, daha yüksek kalitede ölçüm olan iyi bilinen bir giriş sinyaline göre ölçülen bir sinyalin hem büyüklüğünü hem de fazını (gerçek ve hayali bileşenlerin) ölçer.

VNA'lar birçok ölçüm türü için çok yönlü bir seçenektir. Cihaz, iletim ve alıcı bağlantı noktalarındaki antenler kullanılarak yayılan radyo sinyallerini ölçmek için kullanılabilir18. Zaman etki alanı çözümlemesi, zaman içinde sinyalleri izlemek ve kabloda bir kopuşun nerede oluştuğunu belirlemek için kullanılabilir. Bir süpürme sırasında birçok frekansı ölçebilir, hangi bir yapılan19 ya da yayılan ortamda birçok frekans üzerinde zayıflama kayıpları anlamak için kullanılabilir20. VNA'nın çeşitli parametre ayarlarının anlaşılması iyi karakterize duts/sistemleri ile sonuçlanır ve DUT/sistem ile elde edilen ölçümler yüksek derecede güvenle kullanılabilir.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Biz Savunma Spektrum Ofisi (DSO) bu işi finanse için teşekkür ederiz.

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).
Radyo Frekansı Yayılma Kanallarında Ölçümler için Vektör Ağı Analizörükalsikalasyonu
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