Blog về Hướng dẫn đo Sparameter chính xác với các máy phân tích mạng

Trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử, đánh giá chính xác và tối ưu hóa hiệu suất mạng mạch là rất quan trọng.thiết kế các thiết bị điện tử hiệu suất cao sẽ giống như điều hướng bằng cách bịt mắtCác nhà phân tích mạng phục vụ như là giải pháp cơ bản cho thách thức này bằng cách đo lường trở ngại và suy giảm trong các mạng mạch, cung cấp cho các kỹ sư những hiểu biết quan trọng.

Các máy phân tích mạng là các dụng cụ chuyên dụng được thiết kế để phân tích các mạng mạch điện tử, với các khả năng cốt lõi tập trung vào việc đo trở kháng và suy giảm.Sự tiến bộ công nghệ đã liên tục mở rộng phạm vi tần số của chúng, hiện bao gồm các băng tần sóng milimet lên đến 110 GHz, mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của chúng.

Có hai loại phân tích mạng chính:

• Máy phân tích mạng scalar:Chỉ đo cường độ tín hiệu để xác định đặc điểm tần số. Kiến trúc đơn giản hơn của chúng tạo điều kiện dễ dàng hơn cho việc thực hiện các phép đo tần số cao.
• Máy phân tích mạng vector (VNA):Đo cả chiều rộng tín hiệu và pha, cung cấp thông tin mạng mạch toàn diện.VNA cung cấp độ chính xác đo lường vượt trội và đã trở nên không thể thiếu trong các ứng dụng đo lường điện tử hiện đại.

Với vai trò quan trọng của VNA trong điện tử hiện đại, bài viết này tập trung đặc biệt vào các nguyên tắc và ứng dụng của máy phân tích mạng vector.

Trong khi các thông số khác nhau có thể mô tả các mạng mạch (bao gồm các thông số V, Z và H),các máy phân tích mạng chủ yếu sử dụng các thông số S (các thông số phân tán) do bản chất dựa trên năng lượng của chúng, làm cho chúng đặc biệt phù hợp với tính chất mạch tần số cao.

Kiến trúc cơ bản của máy phân tích mạng bao gồm một số thành phần chính: nguồn tín hiệu, bộ chia tín hiệu (loại phân chia điện), bộ ghép hướng và ít nhất ba máy thu.Các yếu tố này phải bao gồm toàn bộ phạm vi tần số hoạt động của thiết bị.

Quá trình đo bắt đầu với nguồn tín hiệu tạo ra một tín hiệu thử nghiệm được chia thành hai đường: một kết nối với một máy thu tham chiếu (R) làm đường cơ bản,Trong khi đó, người kia phục vụ như tín hiệu xảy ra đi vào thiết bị đang được thử nghiệm (DUT) thông qua bộ ghép hướngMáy thu A thu tín hiệu phản xạ, trong khi máy thu B đo tín hiệu truyền.

Các thông số S được xác định bằng cách tính tỷ lệ A/R và B/R. Các tín hiệu nhận được được chuyển đổi thành tần số trung gian,tiếp theo là phát hiện đồng bộ để trích xuất các thành phần thực và tưởng tượngXử lý kỹ thuật số sau đó trình bày dữ liệu này trong các định dạng khác nhau bao gồm biểu đồ Smith, kích thước logaritm, pha và độ trễ nhóm.

Các thông số S mô tả định lượng các đặc điểm truyền và phản xạ của DUT. Đối với một mạng hai cổng, các thông số S chính là:

• S11:Tín hiệu phản xạ từ cổng 1 khi kích thích tại cổng 1
• S21:Tín hiệu được truyền đến cổng 2 khi kích thích tại cổng 1
• S12:Tín hiệu được truyền đến cổng 1 khi kích thích ở cổng 2
• S22:Tín hiệu phản xạ từ cổng 2 khi kích thích tại cổng 2

Mỗi thông số S là một số phức tạp với các thành phần thực (tốc độ) và tưởng tượng (phase).và hệ số truyền, trong khi các đặc điểm phản xạ (S11 / S22) tương ứng với trở kháng, mất mát trở lại, tỷ lệ sóng cố định điện áp (VSWR) và hệ số phản xạ.

Độ chính xác đo lường đặc biệt của máy phân tích mạng xuất phát từ các quy trình hiệu chuẩn tinh vi loại bỏ các lỗi vốn có của hệ thống.hệ thống đặc trưng các thông số S của riêng nó, sau đó loại bỏ các lỗi này từ các phép đo DUT trong quá trình xử lý sau.

• SOLT (Short-Open-Load-Thru):Tiêu chuẩn cho hệ thống đồng trục
• Offset Short:Ưu tiên cho các ứng dụng dẫn sóng
• LRL/TRL/LRM (Line-Reflect-Line):Lý tưởng cho các cấu trúc dẫn sóng vi và coplanar (CPW)

1. Thiết lập các mặt phẳng tham chiếu đo ở đầu cáp đồng trục (cổng 1 & 2)
2. Đo mở (∞ kháng cự) trên cổng 1 và ngắn (0 kháng cự) trên cổng 2, lưu trữ phản ứng phản xạ phía trước
3. Chuyển đổi các tiêu chuẩn và đo phản ứng phản xạ ngược
4. Kết nối tải phù hợp (50Ω) với cả hai cổng để đo định hướng / cách ly
5. Thực hiện thông qua kết nối giữa các cổng để mô tả phản ứng truyền tải

Tiêu chuẩn hiệu chuẩn thường theo dõi các tiêu chuẩn đo lường quốc gia, cho phép điều chỉnh lỗi thông qua toán học vector.Trình hiệu hai cổng đầy đủ (sửa lỗi 12 lần) giải quyết hướng, khớp nguồn / tải, phản ứng tần số và lỗi cô lập.

Trong khi hiệu chuẩn loại bỏ các lỗi có hệ thống, một số nguồn lỗi không thể lặp lại vẫn còn:

• Sự thay đổi khả năng lặp lại của đầu nối
• Tiếng ồn còn lại của máy thu
• Biến động môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, rung động)
• Tác động của sự ổn định tần số đối với các phép đo pha
• Tính lặp lại của quy trình hiệu chuẩn

Thực hành đo lường tối ưu bao gồm:

• Duy trì mô-men xoắn liên tục
• Kiểm soát nhiệt độ môi trường
• Sử dụng các nguồn tín hiệu ổn định cao
• Giảm thiểu chuyển động cáp đồng trục trong khi đo

Những biện pháp phòng ngừa này giúp giảm thiểu sự đóng góp lỗi không ổn định và đảm bảo độ chính xác đo lường.

Các thiết bị phân tích mạng đại diện cho các công cụ không thể thiếu trong phép đo điện tử hiện đại.và quản lý lỗi cẩn thận, kỹ sư có thể mô tả chính xác và tối ưu hóa hiệu suất mạng mạch.và thiết kế mạch kỹ thuật số tốc độ cao.