Blog Hakkında Ağ Analizcileri ile Doğru Sparameter Ölçümleri Rehberi

Elektronik mühendisliği alanında, devre ağı performansını doğru bir şekilde değerlendirmek ve optimize etmek çok önemlidir. Devre karakteristiklerinin hassas ölçümleri olmadan, yüksek performanslı elektronik cihazlar tasarlamak, gözleri bağlı bir şekilde gezinmeye benzer. Ağ analizörleri, devre ağlarındaki empedansı ve zayıflamayı ölçerek mühendislere kritik bilgiler sağlayan bu zorluğa temel bir çözüm olarak hizmet eder.

Ağ analizörleri, empedansı ve zayıflamayı ölçmeye odaklanan temel yeteneklerle, elektronik devre ağlarını analiz etmek için tasarlanmış özel cihazlardır. Teknolojik gelişmeler, frekans aralıklarını sürekli olarak genişletti ve şu anda 110 GHz'e kadar olan milimetre dalga bantlarını kapsayarak uygulama kapsamlarını önemli ölçüde genişletti.

İki ana ağ analizörü türü vardır:

• Skaler Ağ Analizörleri: Frekans özelliklerini belirlemek için yalnızca sinyal genliğini ölçer. Daha basit mimarileri, yüksek frekanslı ölçümlerin daha kolay uygulanmasını kolaylaştırır.
• Vektör Ağ Analizörleri (VNA'lar): Kapsamlı devre ağı bilgisi sağlayan hem sinyal genliğini hem de fazını ölçer. VNA'lar üstün ölçüm hassasiyeti sunar ve modern elektronik ölçüm uygulamalarında vazgeçilmez hale gelmiştir.

VNA'ların çağdaş elektronikteki kritik rolü göz önüne alındığında, bu makale özellikle vektör ağ analizörü ilkelerine ve uygulamalarına odaklanmaktadır.

Devre ağlarını tanımlayabilen çeşitli parametreler (V-parametreleri, Z-parametreleri ve H-parametreleri dahil) olmasına rağmen, ağ analizörleri öncelikle güç tabanlı doğaları nedeniyle S-parametrelerini (saçılma parametreleri) kullanır ve bu da onları yüksek frekanslı devre karakterizasyonu için özellikle uygun hale getirir.

Bir ağ analizörünün temel mimarisi, birkaç temel bileşenden oluşur: bir sinyal kaynağı, sinyal ayırıcı (güç bölücü), yönlü kuplör ve en az üç alıcı. Bu öğeler, cihazın tüm çalışma frekans aralığını kapsamalıdır.

Ölçüm süreci, test sinyalini üreten sinyal kaynağıyla başlar ve bu sinyal iki yola ayrılır: biri bir referans (R) alıcısına bir temel olarak bağlanırken, diğeri yönlü kuplör aracılığıyla test altındaki cihaza (DUT) giren gelen sinyal olarak hizmet eder. A alıcısı yansıyan sinyalleri yakalarken, B alıcısı iletilen sinyalleri ölçer.

S-parametreleri, A/R ve B/R oranları hesaplanarak belirlenir. Alınan sinyaller, gerçek ve sanal bileşenleri çıkarmak için senkron algılamayı takiben ara frekanslara dönüştürülür. Dijital işleme daha sonra bu verileri Smith çizelgeleri, logaritmik büyüklük, faz ve grup gecikmesi dahil olmak üzere çeşitli formatlarda sunar.

S-parametreleri, bir DUT'nin iletim ve yansıma özelliklerini nicel olarak tanımlar. İki portlu bir ağ için, temel S-parametreleri şunlardır:

• S11: 1. porttan 1. portta uyarıldığında yansıyan sinyal
• S21: 1. portta uyarıldığında 2. porta iletilen sinyal
• S12: 2. portta uyarıldığında 1. porta iletilen sinyal
• S22: 2. portta uyarıldığında 2. porttan yansıyan sinyal

Her bir S-parametresi, gerçek (büyüklük) ve sanal (faz) bileşenlere sahip karmaşık bir sayıdır. İletim özellikleri (S21/S12), kazanç, kayıp, izolasyon, grup gecikmesi ve iletim katsayıları ile, yansıma özellikleri (S11/S22) ise empedans, geri dönüş kaybı, voltaj duran dalga oranı (VSWR) ve yansıma katsayısı ile ilgilidir.

Ağ analizörlerinin olağanüstü ölçüm hassasiyeti, doğal sistem hatalarını ortadan kaldıran gelişmiş kalibrasyon süreçlerinden kaynaklanmaktadır. Bilinen standartları (açık, kısa, yük) ölçerek, sistem kendi S-parametrelerini karakterize eder, ardından post-processing sırasında bu hataları DUT ölçümlerinden matematiksel olarak kaldırır.

• SOLT (Kısa-Açık-Yük-Geçiş): Koaksiyel sistemler için standart
• Ofset Kısa: Dalga kılavuzu uygulamaları için tercih edilir
• LRL/TRL/LRM (Hat-Yansıtma-Hat varyantları): Mikroşerit ve eşdüzlemsel dalga kılavuzu (CPW) yapıları için idealdir

1. Ölçüm referans düzlemlerini koaksiyel kablo uçlarında (port 1 ve 2) oluşturun
2. Port 1'de açık (∞ direnç) ve port 2'de kısa (0 direnç) ölçün, ileri yansıma yanıtlarını saklayın
3. Standartları ters çevirin ve ters yansıma yanıtlarını ölçün
4. Yönlülük/izolasyon ölçümleri için her iki porta eşleşen yükler (50Ω) bağlayın
5. İletim yanıtı karakterizasyonu için portlar arasında geçiş bağlantısı gerçekleştirin

Kalibrasyon standartları tipik olarak ulusal ölçüm standartlarına kadar izlenir ve vektör matematiği yoluyla hata düzeltme sağlar. Tam iki portlu kalibrasyon (12 terimli hata düzeltme), yönlülük, kaynak/yük eşleşmesi, frekans yanıtı ve izolasyon hatalarını ele alır.

Kalibrasyon sistematik hataları ortadan kaldırırken, birkaç tekrarlanamayan hata kaynağı kalır:

• Konnektör tekrarlanabilirlik varyasyonları
• Alıcı artık gürültüsü
• Çevresel dalgalanmalar (sıcaklık, nem, titreşim)
• Faz ölçümleri üzerindeki frekans kararlılığı etkileri
• Kalibrasyon süreci tekrarlanabilirliği

Optimum ölçüm uygulamaları şunları içerir:

• Tutarlı konnektör torkunu korumak
• Çevresel sıcaklığı kontrol etmek
• Yüksek kararlılıklı sinyal kaynakları kullanmak
• Ölçümler sırasında koaksiyel kablo hareketini en aza indirmek

Bu önlemler, kararsız hata katkılarını en aza indirmeye ve ölçüm doğruluğunu sağlamaya yardımcı olur.

Ağ analizörleri, modern elektronik ölçümde vazgeçilmez araçları temsil eder. S-parametre teorisinin kapsamlı bir şekilde anlaşılması, titiz kalibrasyon uygulamaları ve dikkatli hata yönetimi sayesinde, mühendisler devre ağı performansını hassas bir şekilde karakterize edebilir ve optimize edebilirler. Ağ analizörü tekniklerinde ustalaşmak, RF, mikrodalga ve yüksek hızlı dijital devre tasarımında çalışan profesyoneller için temel olmaya devam etmektedir.