وبلاگ در باره راهنمای اندازه‌گیری دقیق پارامتر S با تحلیل‌گرهای شبکه

در زمینه مهندسی الکترونیک، ارزیابی دقیق و بهینه سازی عملکرد شبکه مدار بسیار مهم است.طراحي دستگاه هاي الکترونيکي با کارايي بالا شبيه به راه رفتن با چشم بسته استتحلیلگرهای شبکه به عنوان راه حل اساسی برای این چالش با اندازه گیری مقاومت و کاهش در شبکه های مدار به کار می روند و مهندسان را با بینش های حیاتی فراهم می کنند.

تحلیلگران شبکه ابزار تخصصی طراحی شده برای تجزیه و تحلیل شبکه های مدار الکترونیکی هستند که قابلیت های اصلی آنها بر روی اندازه گیری مقاومت و کاهش تمرکز دارد.پیشرفت های تکنولوژیک به طور مداوم دامنه فرکانس آنها را گسترش داده است، که اکنون باند های امواج میلی متری تا 110 گیگاهرتز را پوشش می دهد و دامنه کاربرد آنها را به طور قابل توجهی گسترش می دهد.

دو نوع اصلی از تحلیلگرهای شبکه وجود دارد:

• تحلیلگر شبکه اسکالری:اندازه گیری فقط دامنه سیگنال برای تعیین ویژگی های فرکانس. معماری ساده آنها پیاده سازی آسان اندازه گیری فرکانس بالا را تسهیل می کند.
• تحلیلگرهای شبکه بردار (VNA):اندازه گیری هم دامنه سیگنال و هم فاز، ارائه اطلاعات جامع شبکه مدار.VNA ها دقت اندازه گیری برتر را ارائه می دهند و در برنامه های اندازه گیری الکترونیکی مدرن ضروری شده اند.

با توجه به نقش حیاتی VNA ها در الکترونیک معاصر، این مقاله به طور خاص بر اصول و کاربردهای تحلیلگر شبکه بردار تمرکز دارد.

در حالی که پارامترهای مختلف می توانند شبکه های مدار را توصیف کنند (از جمله پارامترهای V، Z و H) ،تحلیلگرهای شبکه عمدتا از پارامترهای S (پارامترهای پخش) به دلیل ماهیت مبتنی بر قدرت استفاده می کنند، که آنها را به ویژه برای توصیف مدار فرکانس بالا مناسب می کند.

معماری اساسی یک تحلیلگر شبکه شامل چندین جزء کلیدی است: یک منبع سیگنال، تقسیم کننده سیگنال (تقسیم کننده قدرت) ، کوپلر جهت و حداقل سه گیرنده.این عناصر باید کل محدوده فرکانس عملیاتی ابزار را پوشش دهند..

فرآیند اندازه گیری با منبع سیگنال شروع می شود که یک سیگنال آزمایش تولید می کند که به دو مسیر تقسیم می شود: یکی به یک گیرنده مرجع (R) به عنوان یک خط پایه متصل می شود،در حالی که دیگری به عنوان سیگنال حاد وارد دستگاه تحت آزمایش (DUT) از طریق کوپلر جهت دهنده است.گیرنده A سیگنال های منعکس شده را ضبط می کند، در حالی که گیرنده B سیگنال های ارسال شده را اندازه گیری می کند.

پارامترهای S با محاسبه نسبت A/R و B/R تعیین می شوند. سیگنال های دریافت شده به فرکانس های متوسط تبدیل می شوند.به دنبال آن تشخیص همزمان برای استخراج اجزای واقعی و خیالیپردازش دیجیتال سپس این داده ها را در فرمت های مختلف از جمله نمودار اسمیت، مقادیر لوگاریسم، فاز و تأخیر گروه ارائه می دهد.

پارامترهای S به طور کمی ویژگی های انتقال و بازتاب DUT را توصیف می کنند. برای یک شبکه دو پورت، پارامترهای کلیدی S عبارتند از:

• S11:سیگنال منعکس شده از بندر 1 هنگامی که در بندر 1 تحریک می شود
• S21:سیگنال ارسال شده به پورت 2 در صورت تحریک در پورت 1
• S12:سیگنال ارسال شده به بندر 1 در صورت تحریک در بندر 2
• S22:سیگنال منعکس شده از بندر 2 هنگامی که در بندر 2 تحریک می شود

هر پارامتر S یک عدد پیچیده با اجزای واقعی (بزرگ) و خیالی (فاز) است. ویژگی های انتقال (S21/S12) مربوط به افزایش، کاهش، انزوا، تاخیر گروه،و ضریب انتقالدر حالی که ویژگی های بازتاب (S11/S22) مربوط به مقاومت، از دست دادن بازگشت، نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) و ضریب بازتاب است.

دقت اندازه گیری استثنایی تحلیلگرهای شبکه ناشی از فرآیندهای کالیبراسیون پیچیده است که خطاهای ذاتی سیستم را از بین می برد.سیستم پارامترهای S خود را مشخص می کند.، سپس به صورت ریاضی این خطاها را از اندازه گیری های DUT در طول پردازش بعدی حذف می کند.

• SOLT (Short-Open-Load-Thru):استاندارد برای سیستم های هم محوری
• کوتاه شدن:ترجیح داده شده برای برنامه های کاربردی موج هدایت
• LRL/TRL/LRM (متغیرهای خط-انعکاس-خط):ایده آل برای ساختارهای مایکروستریپ و موج هدایت کننده (CPW)

1. تعیین سطوح مرجع اندازه گیری در انتهای کابل هم محوری (پورت 1 و 2)
2. اندازه گیری مقاومت باز (∞) در پورت 1 و مقاومت کوتاه (0) در پورت 2، ذخیره پاسخ های بازتاب جلو
3. استانداردها را معکوس کنید و پاسخ های بازتاب معکوس را اندازه گیری کنید
4. برای اندازه گیری جهت/عزل، بار های تطبیقی شده (50Ω) را به هر دو پورت متصل کنید.
5. انجام از طریق اتصال بین پورت ها برای توصیف پاسخ انتقال

استانداردهای کالیبراسیون به طور معمول به استانداردهای ملی اندازه گیری، اجازه تصحیح خطا از طریق ریاضیات بردار.کالیبراسیون دو پورت کامل (تعدیل خطای 12 اصطلاح) به سمت، مطابقت منبع / بار ، پاسخ فرکانس و خطاهای جداسازی.

در حالی که کالیبراسیون خطاهای سیستماتیک را از بین می برد، چندین منبع خطای غیر قابل تکرار باقی می ماند:

• تغییرات قابل تکرار کانکتور
• سر و صدا باقیمانده گیرنده
• نوسانات محیط زیست (درجه حرارت، رطوبت، ارتعاش)
• تأثیرات ثبات فرکانس بر اندازه گیری فاز
• تکرار پذیری فرآیند کالیبری

بهترین شیوه های اندازه گیری عبارتند از:

• حفظ گشتاور پیوسته اتصال
• کنترل دمای محیط
• استفاده از منابع سیگنال با ثبات بالا
• به حداقل رساندن حرکت کابل هم محوری در طول اندازه گیری

این احتیاط ها به حداقل رساندن سهم خطای ناپایدار کمک می کنند و دقت اندازه گیری را تضمین می کنند.

آنالیزرهای شبکه ابزاری ضروری در اندازه گیری الکترونیکی مدرن هستند. از طریق درک جامع از نظریه پارامتر S، شیوه های سنجش دقیق،و مدیریت اشتباه دقیقدر این روش، مهندسان می توانند عملکرد شبکه مدار را با دقت مشخص و بهینه کنند. تسلط بر تکنیک های تحلیلگر شبکه برای حرفه ایانی که در RF، مایکروویو،و طراحی مدار دیجیتال با سرعت بالا.