Mühendis lik zordur. RF mühendis liği daha da zordur. Karmaşık kavramlar, tonlarca terminoloji – aşırı bilgi yüklemesi. En basit soruların bile dolambaçlı cevapları vardır, bu da öğrenmeye nasıl başlayacağınızı bilmeyi bile zorlaştırır.
Çözümüm? “VNA SSS” blog dizisiyle tanışın! Bu dizinin her blogunda, bir avuç ilgili, yaygın VNA sorusuna kısa yanıtlar vereceğim. Öyleyse en baştan başlayalım.
Elektrik şebekesi analizi nedir?
Mühendislikte, elektrik ağlarını birbirine bağlı elektrikli bileşenlerden oluşan sistemler olarak tanımlarız . Elektrik şebekesi analizi yoluyla mühendisler, belirli bir sinyal frekansında ve gücünde bir elektrikli bileşenin frekans alanı yanıtını ve empedans özelliklerini inceler.
Temel olarak, vektör ağ analizi , iletim hatları boyunca hareket eden gelen, yansıyan ve iletilen dalgaları ölçer. Bunun için düşünmek için iyi bir benzetme, şeffaf bir merceğe çarpan ışıktır. Gelen dalga dediğimiz cama çarpan ışık demetinin tamamından , ışığın bir kısmı mercek yüzeyinden yansır. Yansıtılan ışık enerjisine yansıyan dalga diyoruz . Bununla birlikte, ışık enerjisinin çoğu mercek boyunca devam eder. Merceğin içinden geçen ışığa iletilen dalga diyoruz . (Şekil 1).
Ancak merceğin aynalı bir yüzeyi olsaydı, ışığın çoğu yansıtılır, içinden çok az geçer veya hiç geçmezdi. Radyo frekansı (RF) ve mikrodalga sinyallerinin dalga boyları bizim örnek ışık demetimizinkinden farklı olsa da prensip aynı kalır. Mühendisler, sinyal yansıması ve iletimi gibi elektrik şebekesi parametrelerini test etmek için vektör ağ analizörlerini (VNA’lar) kullanır.
RF ve mikrodalga bileşen analizi için gerekli olan VNA’lar, filtreler, antenler ve güç amplifikatörleri dahil olmak üzere çeşitli pasif ve aktif cihazların tasarım ve üretim süreçlerini kritik bir şekilde etkiler. Vektör ağ analizörleri, test edilen cihazınıza (DUT) enjekte edilen olay, yansıyan ve aktarılan enerjiyi , DUT’tan sinyal kaynağına doğru geri yansıtılan enerjiyi ve DUT’nin sonlandırma bağlantı noktası aracılığıyla başarılı bir şekilde iletilen enerjiyi doğru bir şekilde ölçer.
Bir VNA nasıl çalışır?
Bir ağ analizörü, RF ağına kalibre edilmiş uyaran sinyalleri sağlayarak, ardından faz ve genlik bilgilerini kullanarak seçilen frekans üzerinden vektör yanıtını ölçerek bileşen karakterizasyon testleri gerçekleştirir. Ağ analizörleri hem sinyal kaynaklarını hem de alıcıları içerir. Alıcılar, bir cihaz ağından gelen çıkış sinyalindeki değişiklikleri tespit eder ve bunu o cihaza giren kaynak sinyal girişiyle karşılaştırır.
Cihazın akım ve gerilim üzerindeki etkisini değerlendirmek için bir VNA, cihazın neden olduğu hem genliği hem de faz tepkilerini ölçer. Ortaya çıkan iletim ve yansıma ölçümleri, empedans ve s-parametreleri, mühendislerin DUT’lerini karakterize etmelerini sağlar.
DUT’un giriş sinyali üzerindeki etkisi neden önemlidir?
Giriş sinyalleri, cihaz davranışını uyarır. Elektrik şebekesindeki bileşenler giriş sinyallerinin bütünlüğünü bozarsa, bu durum, cihazların sinyal zincirinin aşağısındaki amaçlanan çalışmasını engeller. İletişim sistemlerinde, elektrik şebekesinde dolaşan sinyaller genellikle bilgi içeriği taşır. Mühendislerin yalnızca bu bilgi sinyallerinin başarılı bir şekilde iletilmesini sağlamaları değil, aynı zamanda sinyal bozulmalarını en aza indirirken iletimlerinin verimliliğini de en üst düzeye çıkarmaları gerekir. Elektrik sistemini başarılı bir şekilde çalıştırmak, iletim verimliliğini en üst düzeye çıkarmak ve sinyal bozulmasını en aza indirmek için mühendisler, ağ bileşenlerinin her birinin taranan frekansın ve taranan gücün genliği ve fazı üzerindeki etkilerini karakterize eder.test sinyalleri. Swept sinyal ölçümleri, DUT’u yalnızca bir yerine bir dizi frekans veya güç seviyesiyle uyarır. Bunu yapmak, mühendislerin DUT’lerinin performansını yalnızca tek bir frekans veya güç örneği yerine tüm operasyonel aralıkta daha iyi anlamalarına olanak tanır.
En önemli ağ analizi ölçümü nedir?
İşte karmaşık bir cevabı olan basit sorulardan biri. Kısacası, ölçümün “önemi” kime ve onlara hangi cihaz veya sistem hakkında soru sorduğunuza bağlıdır. Bu nedenle, “en önemli ağ analizi ölçümü” belirli teknik duruma bağlı olsa da, saçılma parametreleri RF ağları için başvurulması gereken temel ölçümdür. S parametreleri, DUT’nizin belirli bir frekansta bir RF sinyalini ne kadar iyi ilettiğini size söyler. S parametreleri, kazanç, kayıp ve yansıma katsayısı gibi bilinen ölçümlerle ilgilidir. Mühendisler, genel sistem performansını tahmin etmek için genellikle birden çok farklı cihazın ölçülen S parametrelerini bir basamakta kullanırlar.
Tipik olarak, bir cihazın S parametrelerini ölçtüğünüzde birden fazla ölçüm yapmanız gerekir. Belirli bir cihaz için S parametrelerinin sayısı, cihaz portlarının sayısının karesine eşittir. Örneğin, iki bağlantı noktalı bir aygıtın dört S parametresi vardır. S parametreleri için numaralandırma kuralı şu şekildedir:
- “S”den sonraki ilk sayı, enerjinin ortaya çıktığı limanı tanımlar.
- İkinci sayı, enerjinin girdiği portu gösterir.
Böylece, S21, port 1’e bir RF uyarısı uygulanması sonucunda port 2’den çıkan gücü ölçer. S11 veya S22 gibi aynı numaralı S parametreleri bir sinyal yansıma ölçümünü gösterirken, S21 gibi farklı numaralı S parametreleri veya S12 , sinyal iletim ölçümlerini gösterir.
Mühendisler, port 1’den port 2’ye seyahat ederken ölçülen S parametrelerini ileri S parametreleri olarak adlandırır . İleri S parametrelerini yakalamak için mühendisler, çıkışı test sisteminin karakteristik empedansına tam olarak eşit olan bir yükle sonlandırırken, gelen, yansıyan ve iletilen sinyallerin büyüklüğünü ve fazını ölçer. Basit bir iki bağlantı noktalı ağ durumunda, S11, DUT’un giriş karmaşık yansıma katsayısını veya empedansını temsil ederken, S21 ileri karmaşık iletim katsayısını temsil eder. Kaynağı DUT’un çıkış portuna yerleştirerek ve giriş portunu mükemmel bir yükte sonlandırarak, diğer iki S parametresini, S22 ve S12’yi ölçmek mümkündür.
2 portlu cihaz S parametresi Özeti (Şekil 4):
- S11: S11 yansıma katsayısı, amplifikatörünüzün geri dönüş kaybını gösterir. Size 1 numaralı bağlantı noktasından yansıyan güç miktarını söyler. 1 numaralı bağlantı noktasındaki yansıyan güç, cihazınız aracılığıyla iletim için (ileri veya geri yönde) mevcut olan toplam gücü zorunlu olarak azaltır. Yansıma katsayısı ayrıca doğrudan bağlantı noktası empedanslarıyla eşleşir. Mühendisler, bir Smith Grafiğinde S11’e bakarken, en büyük güç aktarımını kolaylaştıran bir girdi eşleştirme ağı oluşturmaya çalışırlar.
- S12: S12 iletim katsayısı, amplifikatörünüzün ters izolasyonunu yakalar. Amplifikatörde ne kadar ters güç zayıflaması oluştuğunu bildirir. Bu, mühendislerin sistemlerinde ne kadar RF enerjisinin “yanlış yolda” dolaştığını bilmelerini sağlar.
- S21: S21 iletim katsayısı, amplifikatörünüzün ekleme kaybını veya kazancını gösterir. İletim oranını (çıkış büyüklüğü/giriş büyüklüğü) ileri yönde söyler.
- S22: S22 yansıma katsayısı, amplifikatörünüzün çıkışına yansıyan sinyal gücünü gösterir. Amplifikatörünüzün çıkış portundan ne kadar güç aktarıldığını bilmenizi sağlar. Mühendisler, amplifikatörden en yüksek güç çıkışını sağlayan bir çıkış eşleştirme ağı oluşturmak için S22’yi kullanır.
Toplam olarak, saçılma parametreleri DUT’nizin belirli bir frekansta doğrusal davranışını yakalar. S parametreleri, giriş gücünden bağımsız olarak sabit kalmalıdır.
Ağ analizi teknolojisinde ne gibi ilerlemeler kaydediliyor?
Klasik VNA’lar yalnızca S parametrelerini gerçekleştirmeye odaklanırken, modern VNA’lar tüm cihaz rafına yetecek kadar test gerçekleştirir! Günümüzde ağ analizörleri, zaman alanı reflektometrisi, spektrum analizi, karmaşık distorsiyon analizi, gürültü figürü ölçümleri ve daha fazlasını tek bir kutudan gerçekleştirmektedir.
Çözüm
Bugün, ağ analizinin harika dünyasına giriş niteliğinde bazı bilgiler vereceğiz. Elektrik ağlarının performans özelliklerini analiz etmek için VNA’ları kullanıyoruz. VNA’ların yaptığı ve hepsi kendince önemli olan birçok ölçüm olsa da, temel ağ analizi testi saçılma parametreleridir.
Bu makale buradan çevrilmiştir.
