Nettverksanalysator

En nettverksanalysator er et avansert måleinstrument som brukes til å utføre målinger av S-parametre for elektroniske kretser.[1] Den brukes stort sett på kretser som jobber på høye frekvenser, typisk radiokretser. Den kan brukes for eksempel til å måle responsen til et filter, eller for å måle i hvilken grad en antenne er tilpasset et radiosystem.

En typisk nettverksanalysator. (HP 8720A)

Det finnes to hovedtyper nettverksanalysatorer. Den ene er en vektor-nettverksanalysator (VNA), den andre er en skalar-nettverksanalysator (SNA). En VNA er mer avansert enn en SNA, fordi den i tillegg til å måle amplituden også utfører fasemålinger.

Vektor-nettverksanalysator (VNA)Rediger

Den mest vanlige nettverksanalysatoren består av 2 porter med koaksialkontakter. Med disse kan man måle alle S-parametrene for en 2-ports krets: , , , . Det finnes også nettverksanalysatorer med 4 porter som kan utføre målinger av mer komplekse kretser uten at man må koble inn måleinstrumentet flere ganger. Nettverksanalysatorer med bare én port refereres oftest til som antenne-analysatorer siden de har begrenset nytte for andre applikasjoner. De kan kun måle .

En rimelig og håndholdt nettverksanalysator

Skjermen på en VNA kan settes opp til å plotte S-parameter-målingen på flere måter:

  • Magnitude i dB på y-aksen, frekvens på x-aksen
  • Fase på y-aksen, frekvens på x-aksen
  • Komplekse verdier i polart plan
  • Smith-diagram

Smith-diagram er særdeles nyttig for lesing av og siden man kan lese ut den ekvivalente inngangsimpedansen samtidig som man leser ut refleksjonskoeffisienten.

KalibreringRediger

Et kalibreringskit for SMA-kontakt

Som for de fleste andre måleinstrumenter er det anbefalt å utføre en instrumentkalibrering med regelmessige mellomrom. For vektor-nettverksanalysatorer er det også vanlig at man alltid gjør en feilkorreksjon før man skal anvende instrumentet. Feilkorreksjonen er i utgangspunktet mye viktigere enn instrumentkalibringen, siden måleresultatet – spesielt fasemålingen – ellers vil være verdiløst. Selve feilkorreksjonen omtales ofte som "kalibrering", noe som kan være forvirrende for dem som er vant med andre instrumenter. Feilkorreksjonen kan også kalles brukerkalibrering. Man bør vente til instrumentet er blitt varmt før man gjennomfører brukerkalibrering. Slik kalibrering medfører også blant annet at forsinkelsen gjennom kablene blir kalibrert bort, slik at det såkalte referanseplanet blir plassert i enden av kablene.

SOLT-kalibreringRediger

For å utføre brukerkalibrering trengs normalt et eksternt kalibrerings-kit. Det mest vanlige er en såkalt SOLT-kalibrering; bokstavene SOLT står for Short, Open, Load, Through. SOLT-kalibrering brukes når man skal måle på kretser som har koaksialkontaker. Det består typisk av 4 komponenter:

  • en kortslutning (SHORT)
  • en åpen krets (OPEN)
  • en 50-ohms last (LOAD) og
  • en gjennomkobling (THROUGH)

Da settes instrumentet i kalibreringsmodus og man kobler inn en komponent om gangen. Det beregnes deretter en korreksjonstabell internt i instrumentet som blir brukt for målinger etterpå.

Siden det er umulig å lage kortslutninger, åpne kretser og gjennomkoblinger som er helt ideelle over det frekvensspekteret man typisk måler over med en VNA, er det nødvendig at instrumentet blir informert om de uideelle karakteristikkene ved kalibreringskomponentene.[2] Man snakker da ofte om ulike «kalibrerings-standarder». For åpne kretser trenger man i utgangspunktet en spesifikasjon på endekapasitans og på forsinkelse fra referanseplanet. Denne kapasitansen er ofte angitt som et tredje-ordens polynom, siden den vil være frekvensavhengig. For en kortslutning og en gjennomkobling trenger man en spesifikasjon på forsinkelse fra referanseplanet. For kortslutninger har man i noen tilfeller også en spesifikasjon på endeinduktans som også kan oppgis som et tredjeordens polynom over frekvens. Denne endeinduktansen er imidlertid ikke like viktig som endekapasitansen for en åpen krets, og støttes ikke av like mange instrumenter. Enkelte moderne VNA-er støtter å bruke S-parametre for kalibrerings-komponentene direkte, slik at det blir mulig å spesifisere de uideelle karakteristikkene enda mer nøyaktig. Da trengs ikke forsinkelses-spesifikasjon og endekapasitans/endeinduktans.

TRL-kalibreringRediger

En alternativ brukerkalibrerings-metode er TRL-kalibrering.[3] Slik kalibrering er ikke nødvendigvis avhengig av eksterne komponenter, og brukes typisk hvis man ønsker å karakterisere komponenter internt på et kretskort uten å inkludere effekten av kontaktene.

ReferanserRediger

  1. ^ «What is a Vector Network Analyzer, VNA » Electronics Notes». www.electronics-notes.com. Besøkt 18. desember 2020. 
  2. ^ «The importance of using calibration standard definitions for a Vector Network Analyser». chemandy.com. Besøkt 18. desember 2020. 
  3. ^ «TRL calibration». www.microwaves101.com. Besøkt 18. desember 2020. 

Se ogsåRediger