Mühendislik zordur. RF mühendisliği daha da zordur. Karmaşık kavramlar, tonlarca terminoloji - aşırı bilgi yüklemesi. En basit soruların bile karmaşık cevapları vardır, bu da öğrenmeye nasıl başlanacNetworkını bilmeyi zorlaştırır.
Çözüm ? "VNA Sık Sorulan Sorular" blog serisiyle tanışın! Bu serinin her bir blogunda, birbiriyle ilişkili, yaygın VNA (Vektör Network Analizörü) sorularına küçük cevaplar vereceğim. Öyleyse, en baştan başlayalım.
Elektriksel Network Analizi Nedir?
Mühendislikte elektriksel network analizini birbirine bNetworklı elektrikli bileşenlerden oluşan sistemler olarak tanımlarız. Elektriksel network analizi yoluyla mühendisler, belirli bir sinyal frekansı ve gücünde bir elektrik bileşeninin frekans alanı tepkisini ve empedans özelliklerini inceler.
Temel olarak vektör network analizi, iletim hatları boyunca hareket eden gelen, yansıyan ve iletilen dalgaları ölçer. Bunu anlayabilmek için en iyi örnek, şeffaf bir merceğe çarpan ışıktır. Gelen dalga olarak adlandırdığımız cama çarpan tüm ışık demetinden ışığın bir kısmı mercek yüzeyinden yansır. Yansıyan ışık enerjisini yansıyan dalga olarak adlandırırız. Ancak, ışık enerjisinin çoğu mercekten geçmeye devam eder. Mercekten geçmeyi başaran ışığı, iletilen dalga olarak adlandırıyoruz. (Şekil 1).
Şekil 1: Yüksek frekanslı cihaz karakterizasyonu için ışık dalgası analojisi.
Ancak mercek aynalı bir yüzeye sahip olsaydı, ışığın çoğu yansıyacak, içinden ya çok az geçecek ya da hiç geçmeyecekti. Radyo frekansı (RF) ve mikrodalga sinyallerinin dalga boyları örneğimizdeki ışık demetinden farklı olsa da prensip aynıdır. Mühendisler sinyal yansıması ve iletimi gibi elektrik network parametrelerini test etmek için vektör network analizörlerini (VNA'lar) kullanırlar.
RF ve mikrodalga bileşen analizi için vazgeçilmez 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 network analizörleri, test edilen cihazınıza (DUT) enjekte edilen, yansıyan ve iletilen enerjiyi, DUT'tan sinyal kaynNetworkına doğru geri yansıyan enerjiyi ve DUT'un sonlandırma portundan başarıyla iletilen enerjiyi doğru bir şekilde ölçer.
Bir VNA nasıl çalışır?
Bir network analizörü, RF Networkına kalibre edilmiş uyarıcı sinyaller sNetworklayarak ve ardından faz ve genlik bilgilerini kullanarak seçilen frekans üzerinden, vektör yanıtını ölçerek bileşen karakterizasyon testleri gerçekleştirir. Network analizörleri hem sinyal kaynakları hem de alıcılar içerir. Alıcılar, bir cihaz Networkından gelen çıkış sinyalindeki değişiklikleri tespit eder ve bunu o cihaza giren kaynak sinyali ile karşılaştırır.
Cihazın akım ve gerilim üzerindeki etkisini değerlendirmek için VNA, cihazın neden olduğu hem genlik hem de faz tepkilerini ölçer. Elde edilen iletim ve yansıma ölçümleri, empedans ve S-parametreleri mühendislerin DUT'larını karakterize etmelerini sNetworklar.
DUT'un giriş sinyali üzerindeki etkisi neden önemlidir?
Giriş sinyalleri cihaz davranışını uyarır. Elektriksel network içindeki bileşenler, giriş sinyallerinin bütünlüğünü bozarsa, bu sinyal zincirinin daha aşNetworkısındaki cihazların amaçlanan çalışmasını engeller. İletişim sistemlerinde, elektrisel network boyunca seyahat eden sinyaller genellikle bilgi içeriği taşır. Mühendisler sadece bu bilgi sinyallerinin başarılı bir şekilde iletilmesini sNetworklamakla kalmamalı, aynı zamanda sinyal bozulmasını en aza indirirken, iletim verimliliğini de en üst düzeye çıkarmalıdır. Elektrik sistemini başarılı bir şekilde çalıştırmak, iletim verimliliğini en üst düzeye çıkarmak ve sinyal bozulmasını en aza indirmek için mühendisler, network bileşenlerinin her birinin taramalı frekansı ve taramalı gücü test sinyallerinin genliği ve fazı üzerindeki etkilerini karakterize eder. Süpürülen sinyal ölçümleri, DUT'u tek bir frekans veya güç seviyesi yerine bir dizi frekans veya güç seviyesi ile uyarır. Bunu yapmak, mühendislerin DUT'larının performansını yalnızca tek bir frekans veya güç örneği yerine tüm çalışma aralığında daha iyi anlamalarını sNetworklar.
En önemli network analizi ölçümü nedir?
İşte karmaşık bir cevabı olan basit sorulardan biri. Kısacası, ölçümün "önemi" kime sorduğunuza ve hangi cihaz veya sistem hakkında sorduğunuza bNetworklıdır. Dolayısıyla, "en önemli anetwork analizi ölçümü" belirli teknik duruma bNetworklı olsa da, saçılma parametreleri RF Networkları için temel ölçümdür. S-parametreleri, DUT'unuzun belirli bir frekansta bir RF sinyalini ne kadar iyi ilettiğini size söyler. S-parametreleri kazanç, kayıp ve yansıma katsayısı gibi bilinen ölçümlerle ilişkilidir. Mühendisler genellikle genel sistem performansını tahmin etmek için bir kademedeki birden fazla farklı cihazın ölçülen S-parametrelerini kullanır.
Tipik olarak, bir cihazın S-parametrelerini ölçtüğünüzde, birden fazla ölçüm yapmanız gerekir. Belirli bir cihaz için S-parametrelerinin sayısı, cihaz bNetworklantı noktalarının sayısının karesine eşittir. Örneğin, iki portlu bir cihazın dört S-parametreleri vardır. S-parametreleri için numaralandırma kuralı şöyledir:
- "S" harfini takip eden ilk sayı enerjinin çıktığı portu tanımlar.
- İkinci numara enerjinin girdiği portu gösterir.
Dolayısıyla, S21 port 1'e bir RF uyaranı uygulanması sonucunda port 2'den çıkan gücü ölçer. S11 veya S22 gibi aynı numaraya sahip S-parametreleri sinyal yansıma ölçümünü gösterirken, S21 veya S12 gibi farklı numaralara sahip S-parametreleri sinyal iletim ölçümlerini gösterir.
Şekil 2: İki portlu DUT S-parametre şeması.
Mühendisler port 1'den port 2'ye giderken ölçülen S-parametrelerini ileri S-parametreleri olarak adlandırır. İleri S-parametrelerini yakalamak için mühendisler, çıkışı test sisteminin karakteristik empedansına tam olarak eşit olan bir yük ile sonlandırırken gelen, yansıyan ve iletilen sinyallerin büyüklüğünü ve fazını ölçer. Basit bir iki portlu Network durumunda, S11 DUT'un giriş karmaşık yansıma katsayısını veya empedansını temsil ederken, S21 ileri karmaşık iletim katsayısını temsil eder. KaynNetworkı DUT'nin çıkış portuna yerleştirerek ve giriş portunu mükemmel bir yükte sonlandırarak, diğer iki S-parametrelerini, S22 ve S12'yi ölçmek mümkündür.
Şekil 3: S-parametreleri ile sonuçlanan oran ölçüm hesaplamaları.
2 portlu cihaz S-parametre Özeti (Şekil 4):
- S11: S11 yansıma katsayısı amplifikatörünüzün geri dönüş kaybını gösterir. Size port 1'den yansıyan güç miktarını söyler. Port 1'de yansıyan güç, cihazınız üzerinden iletim için (ileri veya geri yönde) mevcut toplam gücü mutlaka azaltır. Yansıma katsayısı ayrıca doğrudan port empedanslarıyla eşleşir. Mühendisler Smith Chart üzerinde S11'e bakarken, en yüksek güç aktarımını kolaylaştıran bir giriş eşleştirme Networkı oluşturmaya çalışırlar.
- S12: S12 iletim katsayısı amplifikatörünüzün ters izolasyonunu yakalar. Amplifikatörde ne kadar ters güç zayıflaması meydana geldiğini bildirir. Bu, mühendislerin sistemlerinde ne kadar RF enerjisinin "yanlış yöne" gittiğini bilmelerini sNetworklar.
- S21: S21 iletim katsayısı, amplifikatörünüzün ekleme kaybını veya kazancını gösterir. Size ileri yönde iletim oranını (çıkış büyüklüğü/giriş büyüklüğü) söyler.
- S22: S22 yansıma katsayısı, amplifikatörünüzün çıkışında yansıtılan sinyal gücünü gösterir. Amplifikatörünüzün çıkış portundan ne kadar güç aktarıldığını bilmenizi sNetworklar. Mühendisler, amplifikatörden en yüksek güç çıkışını kolaylaştıran bir çıkış eşleştirme Networkı oluşturmak için S22'yi kullanır.
Şekil 4: Network analizöründe saçılma parametresi ölçümü.
Saçılma parametreleri bir bütün olarak DUT'unuzun belirli bir frekanstaki doğrusal davranışını yakalar. S-parametreleri giriş gücünden bNetworkımsız olarak sabit kalmalıdır.
Network analizi teknolojisinde ne gibi ilerlemeler kaydediliyor?
Klasik VNA'lar yalnızca S-parametreleri gerçekleştirmeye odaklanırken, modern VNA'lar tüm cihaz rafı değerinde testler gerçekleştiriyor! Günümüzde network analizörleri zaman alanı reflektometrisi, spektrum analizi, karmaşık distorsiyon analizi, gürültü figürü ölçümleri ve daha fazlasını tek bir kutudan gerçekleştiriyor.
Sonuç
Bugün, network analizinin harika dünyasına giriş niteliğinde bazı bilgileri ele alıyoruz. Elektrik şebekelerinin performans özelliklerini analiz etmek için VNA'ları kullanırız. VNA'ların yaptığı ve hepsi de kendine göre önemli olan birçok ölçüm olsa da, temel network analizi testi saçılma parametreleridir.
RF mühendisliği alanında öğrenilecek çok şey var. Endişelenmeyin! Ücretsiz eğitim kursları ve eğitim kampları için Keysight Üniversitesi'ne göz atatabilirsiniz. Ayrıca, bir sonraki "VNA: Sık Sorulan Sorular" yazısı için bizi takip etmeye devam edin.
