Blog Tentang Panduan untuk Pengukuran Parameter-S yang Akurat dengan Penganalisis Jaringan

Dalam bidang teknik elektronika, evaluasi dan optimalisasi kinerja jaringan sirkuit yang akurat sangatlah penting. Tanpa pengukuran karakteristik sirkuit yang presisi, merancang perangkat elektronik berkinerja tinggi akan sama dengan bernavigasi dengan mata tertutup. Penganalisis jaringan berfungsi sebagai solusi mendasar untuk tantangan ini dengan mengukur impedansi dan atenuasi dalam jaringan sirkuit, memberikan wawasan penting kepada para insinyur.

Penganalisis jaringan adalah instrumen khusus yang dirancang untuk menganalisis jaringan sirkuit elektronik, dengan kemampuan inti yang berfokus pada pengukuran impedansi dan atenuasi. Kemajuan teknologi telah terus memperluas rentang frekuensi mereka, sekarang mencakup pita gelombang milimeter hingga 110 GHz, yang secara signifikan memperluas cakupan aplikasi mereka.

Ada dua jenis utama penganalisis jaringan:

• Penganalisis Jaringan Skalar: Hanya mengukur amplitudo sinyal untuk menentukan karakteristik frekuensi. Arsitektur mereka yang lebih sederhana memfasilitasi implementasi pengukuran frekuensi tinggi yang lebih mudah.
• Penganalisis Jaringan Vektor (VNA): Mengukur amplitudo dan fase sinyal, memberikan informasi jaringan sirkuit yang komprehensif. VNA menawarkan presisi pengukuran yang unggul dan telah menjadi sangat diperlukan dalam aplikasi pengukuran elektronik modern.

Mengingat peran penting VNA dalam elektronik kontemporer, artikel ini berfokus secara khusus pada prinsip dan aplikasi penganalisis jaringan vektor.

Meskipun berbagai parameter dapat menggambarkan jaringan sirkuit (termasuk parameter-V, parameter-Z, dan parameter-H), penganalisis jaringan terutama menggunakan parameter-S (parameter hamburan) karena sifat berbasis daya mereka, yang membuatnya sangat cocok untuk karakterisasi sirkuit frekuensi tinggi.

Arsitektur dasar dari penganalisis jaringan terdiri dari beberapa komponen utama: sumber sinyal, pemisah sinyal (pembagi daya), penggabung arah, dan setidaknya tiga penerima. Elemen-elemen ini harus mencakup seluruh rentang frekuensi operasional instrumen.

Proses pengukuran dimulai dengan sumber sinyal yang menghasilkan sinyal uji yang terbagi menjadi dua jalur: satu terhubung ke penerima referensi (R) sebagai garis dasar, sementara yang lainnya berfungsi sebagai sinyal insiden yang memasuki perangkat yang diuji (DUT) melalui penggabung arah. Penerima A menangkap sinyal yang dipantulkan, sementara penerima B mengukur sinyal yang ditransmisikan.

Parameter-S ditentukan dengan menghitung rasio A/R dan B/R. Sinyal yang diterima mengalami konversi ke frekuensi menengah, diikuti oleh deteksi sinkron untuk mengekstrak komponen nyata dan imajiner. Pemrosesan digital kemudian menyajikan data ini dalam berbagai format termasuk grafik Smith, magnitudo logaritmik, fase, dan penundaan grup.

Parameter-S secara kuantitatif menggambarkan karakteristik transmisi dan refleksi DUT. Untuk jaringan dua port, parameter-S utama adalah:

• S11: Sinyal yang dipantulkan dari port 1 ketika dieksitasi pada port 1
• S21: Sinyal yang ditransmisikan ke port 2 ketika dieksitasi pada port 1
• S12: Sinyal yang ditransmisikan ke port 1 ketika dieksitasi pada port 2
• S22: Sinyal yang dipantulkan dari port 2 ketika dieksitasi pada port 2

Setiap parameter-S adalah bilangan kompleks dengan komponen nyata (magnitudo) dan imajiner (fase). Karakteristik transmisi (S21/S12) berkaitan dengan gain, loss, isolasi, penundaan grup, dan koefisien transmisi, sementara karakteristik refleksi (S11/S22) sesuai dengan impedansi, return loss, voltage standing wave ratio (VSWR), dan koefisien refleksi.

Presisi pengukuran yang luar biasa dari penganalisis jaringan berasal dari proses kalibrasi yang canggih yang menghilangkan kesalahan sistemik yang melekat. Dengan mengukur standar yang diketahui (terbuka, pendek, beban), sistem mengkarakterisasi parameter-S-nya sendiri, kemudian secara matematis menghapus kesalahan ini dari pengukuran DUT selama pasca-pemrosesan.

• SOLT (Short-Open-Load-Thru): Standar untuk sistem koaksial
• Offset Short: Disukai untuk aplikasi pandu gelombang
• LRL/TRL/LRM (varian Line-Reflect-Line): Ideal untuk struktur microstrip dan coplanar waveguide (CPW)

1. Tetapkan bidang referensi pengukuran di ujung kabel koaksial (port 1 & 2)
2. Ukur terbuka (resistansi ∞) pada port 1 dan pendek (resistansi 0) pada port 2, menyimpan respons refleksi maju
3. Balikkan standar dan ukur respons refleksi balik
4. Hubungkan beban yang cocok (50Ω) ke kedua port untuk pengukuran directionalitas/isolasi
5. Lakukan koneksi thru antara port untuk karakterisasi respons transmisi

Standar kalibrasi biasanya menelusuri ke standar pengukuran nasional, memungkinkan koreksi kesalahan melalui matematika vektor. Kalibrasi dua port penuh (koreksi kesalahan 12-term) mengatasi kesalahan directional, kecocokan sumber/beban, respons frekuensi, dan isolasi.

Meskipun kalibrasi menghilangkan kesalahan sistematis, beberapa sumber kesalahan yang tidak dapat diulang tetap ada:

• Variasi pengulangan konektor
• Kebisingan sisa penerima
• Fluktuasi lingkungan (suhu, kelembaban, getaran)
• Dampak stabilitas frekuensi pada pengukuran fase
• Pengulangan proses kalibrasi

Praktik pengukuran yang optimal meliputi:

• Mempertahankan torsi konektor yang konsisten
• Mengendalikan suhu lingkungan
• Menggunakan sumber sinyal stabilitas tinggi
• Meminimalkan pergerakan kabel koaksial selama pengukuran

Tindakan pencegahan ini membantu meminimalkan kontribusi kesalahan yang tidak stabil dan memastikan akurasi pengukuran.

Penganalisis jaringan merupakan alat yang sangat diperlukan dalam pengukuran elektronik modern. Melalui pemahaman komprehensif tentang teori parameter-S, praktik kalibrasi yang cermat, dan manajemen kesalahan yang cermat, para insinyur dapat secara tepat mengkarakterisasi dan mengoptimalkan kinerja jaringan sirkuit. Menguasai teknik penganalisis jaringan tetap penting bagi para profesional yang bekerja dalam desain sirkuit RF, microwave, dan digital berkecepatan tinggi.