Name: calibration of vector network analyzer for measurements in radio frequency propagation channels
Uploaded: 2020-06-02T13:30:00
Duration: 10 min
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Ringraziamo il Defense Spectrum Office (DSO) per aver finanziato questo lavoro.

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	<li>Commerce Spectrum Management Advisory Committee. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 1755-1850 MHz Airborne Operations: Air Combat Training System Sub-Working Group Final Report. , (2014).</li><li>Hammerschmidt, C. A., Johnk, R. T., McKenna, P. M., Anderson, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Best+Practices+for+Radio+Propagation+Measurements.">Best Practices for Radio Propagation Measurements.</a> U.S. Dept. of Commerce. , (2018).</li><li>Molisch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Wireless Communications - 2nd edition. , (2010).</li><li>Anderson, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Design and Implementation of an Ultrabroadband Millimeter-Wavelength Vector Sliding Correlator Channel Sounder and In-Building Multipath Measurements at 2.5 &amp; 60 GHz. , (2002).</li><li>Kerns, D. M., Beatty, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Basic Theory of Waveguide Junctions and Introductory Microwave Network Analysis (Monographs on Electromagnetic Waves). , (1967).</li><li>Engen, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Microwave Circuit Theory and Foundations of Microwave Metrology. , (1992).</li><li>Witte, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Spectrum and Network Measurements. , (2001).</li><li>Jargon, J. A., Williams, D. F., Hale, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developing+Models+for+Type-N+Coaxial+VNA+Calibration+Kits+within+the+NIST+Microwave+Uncertainty+Framework.">Developing Models for Type-N Coaxial VNA Calibration Kits within the NIST Microwave Uncertainty Framework.</a> 87th ARFTG Microwave Measurement Conference. , (2016).</li><li>Keysight Electronic Calibration Modules. Keysight Technologies Available from: <a target="_blank" href="https://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/N7550-90002.pdf?id=2852836">https://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/N7550-90002.pdf?id=2852836</a> (2019)</li><li>Smith, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electronic Applications of the Smith Chart. , (2006).</li><li>. Utiflex Flexible Microwave Cable Assemblies Brochure Available from: <a target="_blank" href="https://rf.cdiweb.com/datasheets/micro-coax/UtiflexCableAssemblies.pdf">https://rf.cdiweb.com/datasheets/micro-coax/UtiflexCableAssemblies.pdf</a> (2019)</li><li>. Smith Chart Explanation Available from: <a target="_blank" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Smith_chart_explanation.svg">https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Smith_chart_explanation.svg</a> (2019)</li><li>Camell, D., Johnk, R. T., Novotny, D., Grosvenor, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Free-Space+Antenna+Factors+through+the+Use+of+Time-Domain+Signal+Processing.">Free-Space Antenna Factors through the Use of Time-Domain Signal Processing.</a> IEEE Intl. Symp. Electromag. Compat. , (2007).</li><li>Baker-Jarvis, J., Janezic, M. D., Krupka, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+Coaxial+Dielectric+Samples+Employing+Both+Transmission/Reflection+and+Resonant+Techniques+to+Enhance+Air-Gap+Corrections+.">Measurements of Coaxial Dielectric Samples Employing Both Transmission/Reflection and Resonant Techniques to Enhance Air-Gap Corrections+.</a> Intl. Conf. Microw., Radar &amp; Wireless Communications. , (2006).</li><li>Grosvenor, C., Camell, D., Koepke, G., Novotny, D., Johnk, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic+Airframe+Penetration+Measurements+of+a+Beechcraft+Premiere+1A.">Electromagnetic Airframe Penetration Measurements of a Beechcraft Premiere 1A.</a> NIST Technical Note 1548. , (2008).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

È importante consentire al VNA di riscaldare RT per almeno 0,5 h (anche se, 1 h è meglio) prima che vengano eseguite le calibrazioni, che consente a tutti i componenti interni di arrivare a RT e si traduce in calibrazioni più stabili. Una calibrazione può durare diversi giorni senza una grande perdita di precisione; tuttavia, la calibrazione viene controllata quotidianamente utilizzando uno standard di calibrazione per garantire l'integrità della misurazione. L'ispezione di tutti i componenti del sistema è essenziale in modo che i connettori difettosi non danneggino la precisione del VNA. È meglio utilizzare cavi a bassa perdita con il VNA. L'integrità della calibrazione deve essere verificata prima della misurazione di qualsiasi componente del sistema o DUT. Qualsiasi misura al di fuori delle specifiche qui fornite deve essere ripetuta o può richiedere una nuova calibrazione. Infine, l'utilizzo delle specifiche del produttore per verificare i valori DUT misurati è una parte necessaria della convalida.
L'utilizzo del VNA come strumento di misura ha i suoi limiti. Se il DUT o il sistema presenta perdite così grandi che i parametri S misurati scendono al di sotto del fondo del rumore del VNA, non può essere misurato con il VNA. È possibile abbassare il rumore riducendo la larghezza di banda IF e aumentando il tempo di sweep. Questo rallenterà il tempo di acquisizione della misurazione; quindi, c'è un compromesso quando si regolano questi parametri. Il VNA non è in grado di gestire potenze di ingresso superiori a 30 dBm, quindi è richiesto l'utilizzo di attenuazione interna o esterna durante la misurazione degli amplificatori. Il VNA ha una sorgente e un ricevitore situati nello stesso strumento, quindi è stato utilizzato come sistema di misurazione della propagazione radio. Poiché l'origine e il ricevitore si trovano nel VNA, la porta di trasmissione deve essere unita in qualche modo alla porta ricevente. In genere, questo viene fatto con i cavi; tuttavia, i cavi aggiungono perdita, diminuendo l'intervallo dinamico di ciò che può essere misurato. Inoltre, le distanze di separazione diventano limitate.
L'altro metodo con cui è possibile misurare le perdite è l'uso di un generatore di segnale e di un misuratore di potenza. Il misuratore di potenza è un dispositivo di misurazione scalare, quindi può misurare solo la grandezza di un segnale. Non può monitorare la fase del segnale, che si traduce in misurazioni meno accurate del segnale. Il VNA misura sia la grandezza che la fase (di componenti reali e immaginari) di un segnale misurato rispetto a un segnale di ingresso noto, che è una misurazione di qualità superiore.
I VNA sono un'opzione versatile per molti tipi di misurazioni. Lo strumento può essere utilizzato per misurare i segnali radio irradiati utilizzando antenne sulla porta di trasmissione e ricezione18. L'analisi del dominio temporale può essere utilizzata per monitorare i segnali nel tempo e determinare dove si verifica un'interruzione in un cavo. Può misurare molte frequenze durante una sweep, che può essere utilizzato per comprendere le perdite di attenuazione su molte frequenze sia in un condotto19 o ambiente irradiato20. La comprensione delle varie impostazioni dei parametri del VNA produce DUT/sistemi ben caratterizzati e le misurazioni ottenute con il DUT/system possono essere utilizzate con un alto grado di confidenza.

L'Institute for Telecommunication Sciences (ITS) è il laboratorio di ricerca della National Telecommunications and Information Administration (NTIA), un'agenzia del Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti. Its è attiva nelle misurazioni della radiopropagazione fin dagli anni '50. La condivisione dello spettro, il nuovo paradigma per gli utenti dello spettro federale e commerciale, richiede che due sistemi diversi condividano contemporaneamente lo stesso spettro di radiofrequenza. Con l'aumentare degli scenari di condivisione dello spettro, aumenta anche la necessità di misurazioni accurate e riproducibili della propagazione radio che forniscano una migliore comprensione dell'ambiente radio, che più servizi devono condividere. L'obiettivo della procedura descritta è quello di garantire che tutti i componenti che imspecificano un tale sistema siano ben caratterizzati da un VNA accuratamente configurato.
Mentre la domanda di spettro aumenta, non è sempre possibile rapidamente libero spettro che è attualmente utilizzato dalle agenzie federali per scopi commerciali. Ad esempio, nella banda Advanced Wireless Services (AWS)-3 (1755–1780 MHz), sono in fase di sviluppo accordi di condivisione dello spettro tra i servizi militari e i vettori wireless commerciali1. Questi accordi consentono ai vettori wireless commerciali di entrare nella banda AWS-3 prima di completare la transizione dei servizi militari fuori dalla banda.
La Defense Spectrum Organization (DSO) ha il compito di gestire la transizione AWS-3. Una parte fondamentale della transizione consiste nello sviluppo di nuovi modelli di propagazione per valutare il potenziale di interferenza RF tra sistemi wireless militari e commerciali che condividono la banda. Il DSO ha incaricato ITS e altri di eseguire una serie di misurazioni del suono del canale per costruire nuovi modelli che calcolano meglio l'impatto del fogliame e delle strutture costruite dall'uomo nell'ambiente (collettivamente noto come disordine). Una migliore modellazione della propagazione che tenga conto del disordine porterà a un minor numero di restrizioni per i trasmettitori commerciali nelle vicinanze dei sistemi militari.
Le misurazioni in situ dell'attività dello spettro RF forniscono informazioni sulla fisica della propagazione delle onde RF e convalidano i modelli di propagazione radio esistenti e nuovi. Entrambi questi componenti sono essenziali per supportare e preservare la condivisione dello spettro senza interferenze. Le tecniche di suono del canale, in cui un segnale di prova noto viene trasmesso da una posizione specifica a un ricevitore mobile o stazionario, forniscono dati che stimano le caratteristiche del canale radio in ambienti diversi. I dati vengono utilizzati per sviluppare e migliorare modelli che predicono con maggiore precisione le perdite di propagazione o l'attenuazione del segnale. Queste perdite possono essere dovute al blocco e alla riflessione da parte di edifici e altri ostacoli (ad esempio, alberi o terreni nei canyon urbani). Questi ostacoli producono percorsi di propagazione multipli, leggermente varianti, con conseguente perdita o attenuazione del segnale tra l'antenna di trasmissione e ricezione.
Le tecniche di misurazione ITS producono risultati accurati, ripetibili e imparziali. Il DSO ha incoraggiato l'ITS a condividere le proprie conoscenze istituzionali con la più ampia comunità tecnica. Questa conoscenza include come misurare ed elaborare in modo ottimale i dati di propagazione RF. Il memorandum tecnico NTIA pubblicato di recente TM-19-5352,,3,4,5 descrive una serie di best practice per la preparazione e la verifica dei sistemi di misurazione della propagazione radio. Come parte di queste best practice, un VNA viene utilizzato per misurare con precisione le perdite di componenti o guadagni di un sistema di misurazione. I guadagni e le perdite vengono quindi utilizzati per calcolare l'attenuazione del segnale tra due antenne.
Il protocollo qui presentato affronta le migliori pratiche per la calibrazione di un VNA5 prima del test in applicazioni di laboratorio o sul campo. Questi includono il tempo di riscaldamento, la selezione del tipo di connettore RF, la connessione corretta e le prestazioni delle fasi di calibrazione appropriate. La calibrazione deve essere eseguita in un ambiente di laboratorio controllato prima della raccolta dei dati nel contesto di uno scenario di misurazione della propagazione specifico. Ulteriori considerazioni possono essere rilevanti per ambienti di misurazione della propagazione specifici, che non rientrano nell'ambito di questo protocollo.
Il VNA viene utilizzato per misurare le caratteristiche del dispositivo di componenti e sottoassemblaggi durante l'assemblaggio di altri sistemi di misurazione. Amplificatori di potenza, ricevitori, filtri, amplificatori a basso rumore, miscelatori, cavi e antenne sono tutti componenti che possono essere caratterizzati da un VNA. Prima di testare e/o calibrare un sistema, viene preparato un elenco di tutti i componenti necessari del sistema e vengono assemblati tutti i componenti del sistema. Ogni componente di un sistema viene misurato separatamente inserendoli tra i cavi VNA. Ciò garantisce che tutti i componenti funzionino entro le specifiche del produttore. Una volta che i componenti sono stati controllati, il sistema viene assemblato e vengono misurate le perdite in tutto il sistema. Ciò garantisce che le riflessioni e le trasmissioni tra i componenti siano caratterizzate correttamente.
Un VNA misura i parametri di dispersione (S-parametri), che sono quantità con valori complessi con grandezza e fase. Un parametro S è una misura ratio del 1) riflesso segnale al segnale incidente (misurazione della riflessione) o 2) segnale trasmesso al segnale incidente (misurazione della trasmissione). Per un dispositivo a due porte, è possibile misurare quattro parametri S (S11, S21, S12e S22). Il primo pedice si riferisce alla porta in cui viene ricevuto il segnale, e il secondo si riferisce alla porta in cui viene trasmesso il segnale. Pertanto, S11 significa che il segnale trasmesso ha avuto origine alla porta 1 ed è stato ricevuto alla porta 1. Inoltre, S21 indica che il segnale trasmesso ha avuto origine nuovamente alla porta 1 ma viene ricevuto alla porta 2. S11 misura la quantità di segnale che viene riflessa dal dispositivo sottoposto a test (DUT) alla porta 1 con riferimento al segnale originale che è stato incidente alla porta 1. S21 misura la quantità di segnale che viene trasmesso attraverso il DUT e arriva alla porta 2 con riferimento al segnale incidente alla porta 1. S11 è una misura del coefficiente di riflessione del DUT alla porta 1 e S21 è una misura del coefficiente di trasmissione del DUT dalla porta 1 alla porta 2.
È necessaria una calibrazione del VNA per rimuovere gli errori sistematici dai componenti fino al piano di riferimento di misurazione (escluso), che in genere si trova alla fine dei cavi di misura VNA. Una calibrazione rimuove gli errori di sistema misurando gli standard noti "perfetti" (aperti, corti, carichi, attraverso/linea) e confrontandoli con il valore che il VNA misura. Attraverso una serie di correzioni di errore, viene visualizzato un valore corretto per il DUT. Ci sono attualmente 12 termini di errore6,7 che sono caratterizzati durante la calibrazione. Per ulteriori informazioni, fare riferimento alle misurazioni originali dei parametri S effettuate su analizzatori di rete a sei porte8 supportati dalla teoria classica dei circuiti a microonde9,10.
I tipi più comuni di misurazioni di riflessione dei parametri S sono la perdita di rendimento, il rapporto d'onda in piedi (SWR), il coefficiente di riflessione e la corrispondenza impedibile. I tipi più comuni di misurazione della trasmissione dei parametri A sono la perdita di inserimento, il coefficiente di trasmissione, il guadagno/perdita, il ritardo di gruppo, di fase o di fase e il ritardo elettrico. Le misurazioni della perdita di trasmissione sono enfatizzate nel protocollo descritto.
La misurazione dei guadagni e delle perdite dei componenti del sistema utilizzando un VNA è ben compresa. Tuttavia, i passaggi importanti vengono spesso saltati, ad esempio la pulizia dei connettori e l'utilizzo di una chiave di coppia appropriata. Questo protocollo fornisce tutti i passaggi e le spiegazioni necessari del motivo per cui alcuni sono particolarmente importanti. Servirà anche come preludio a un futuro articolo che descrive come eseguire misurazioni della propagazione RF, compresi i calcoli dell'attenuazione del segnale.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>12 inch-pound torque wrench</td>
			<td>Maury Microwave</td>
			<td></td>
			<td>TW-12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8 inch-pound torque wrench</td>
			<td>Keysight Technologies</td>
			<td></td>
			<td>8710-1764</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Attenuators</td>
			<td>Mini-Circuits</td>
			<td></td>
			<td>BW-N10W50+</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cable 1</td>
			<td>Micro-Coax</td>
			<td></td>
			<td>UFB311A &#8211; 36 feet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calibration Standard Set (1) (manual)</td>
			<td>Keysight Technologies</td>
			<td></td>
			<td>Economy Type-N Calibration kit, 85054 D</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calibration Standard Set (2) (E-cal)</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td></td>
			<td>Electronic Calibration Kit, N4693-60001, 10 MHz to 50 GHz</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cleaning Swab</td>
			<td>Chemtronics</td>
			<td></td>
			<td>Flextips Mini</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compressed Air</td>
			<td>Techspray</td>
			<td></td>
			<td>Need ultra filtered</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter 1</td>
			<td>K&#38;L Microwave, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>8FV50-1802-T95-O/O</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl Alcohol</td>
			<td>Any brand</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VNA</td>
			<td>Keysight Technologies</td>
			<td></td>
			<td>There are many options available for a researcher &#8211; please consult the website</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

calibration of vector network analyzer for measurements in radio frequency propagation channels

Le misurazioni in situ dell'attività dello spettro a radiofrequenza (RF) forniscono informazioni sulla fisica della propagazione delle onde a radiofrequenza e convalidano modelli di propagazione dello spettro nuovi e esistenti. Entrambi questi parametri sono essenziali per supportare e preservare la condivisione dello spettro senza interferenze, poiché l'uso dello spettro continua ad aumentare. È fondamentale che tali misurazioni di propagazione siano accurate, riproducibili e prive di artefatti e pregiudizi. Caratterizzare i guadagni e le perdite dei componenti utilizzati in queste misurazioni è fondamentale per la loro accuratezza. Un analizzatore di rete vettoriale (VNA) è un'apparecchiatura consolidata, altamente accurata e versatile che misura sia la grandezza che la fase dei segnali, se correttamente calibrata. Questo articolo descrive in dettaglio le procedure consigliate per la calibrazione di un VNA. Una volta calibrato, può essere utilizzato per misurare con precisione i componenti di un sistema di misurazione della propagazione (o suono del canale) configurato correttamente o può essere utilizzato come sistema di misurazione stesso.

Quando si verifica se un componente funziona correttamente, è importante consultare le specifiche del produttore, che possono essere trovate sui rispettivi siti web. In questo caso, il filtro (Figura 10) è stato misurato dopo aver consultato le sue specifiche14. Come illustrato nella figura 11, è stata identificata la perdita di inserimento, nonché i 3 punti dB. La perdita di inserimento misurata dopo la calibrazione, come mostrato dal marcatore 1, aveva una magnitudine di 0,83 dB. Il segno negativo indica che si è trattato di una perdita. La perdita di inserimento nel riferimento è specificata per essere 0.8 dB rettificato (dBa). La larghezza di banda misurata di 3 dB del filtro è passata da 1749 MHz a 1854 MHz. Quando viene sottratto, questo ha prodotto un valore di 105 MHz, che è vicino al valore tipico di 104,5 MHz.
Ci sono 10 attenuatori dB costruiti per sopportare una potenza di ingresso di 50 W, come descritto dalle specifiche del produttore15. La specifica di attenuazione per questo attenuatore è 10 dB - 0,5 dB. Ad un certo punto, una potenza di ingresso maggiore di 50 W è stata inserita nell'attenuatore, che ha danneggiato l'attenuatore. Per verificare la qualità di questo componente è stato utilizzato un VNA calibrato. Anche in questo caso, è importante misurare ogni componente prima di tutte le misurazioni sul campo per garantire la qualità. La misurazione del DUT è illustrata nella figura 12. In confronto, la misurazione di un buon attenuatore 10 dB è illustrata nella figura 13. Va notato che il valore misurato era 9,88 dB a 1750 MHz, che è compreso nell'intervallo specificato di -9,5 a -10,5 dB per l'intera larghezza di banda di 1700-1900 MHz.
Infine, la perdita del cavo è un'altra misura importante eseguita frequentemente nelle misurazioni a radiofrequenza. Le specifiche per il cavo misurato sono reperibili a pagina 5 della scheda tecnica16. L'attenuazione per piede (dB/ft) era di 0,05 dB a 1 GHz, o 0,16 dB/m. Secondo il produttore, un cavo misurato con una lunghezza di 11 metri aveva una perdita specificata di 1,8 dB. La perdita misurata è illustrata nella figura 14. Ad una frequenza di 1750 MHz, la perdita misurata era di -1,88 dB (che, quando arrotondata per eccesso al decimo di decibel più vicino, è una magnitudine di 1,9 dB).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig01.jpg"> Figura 1: Accensione del VNA. Il cerchio rosso rappresenta la posizione del pulsante di accensione VNA. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig01large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig02.jpg"> Figura 2: Cavi di alta qualità stabili in fase collegati a due porte VNA. I cavi sono collegati al pannello anteriore del VNA utilizzando un 8 in.lbf. Dinamometrica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig02large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig03.jpg"> Figura 3: Pulizia dei connettori. (A) Pulizia del conduttore interno, (B) pulizia del conduttore esterno e fili, e (C) soffiare delicatamente asciugando il connettore con aria compressa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig03large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig04.jpg"> Figura 4: una chiave a base di coppia 12 in.lbf. per connettori di tipo N. Questa chiave inglese viene utilizzata per stringere i collegamenti tra i cavi VNA e DUT. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig04large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig05.jpg"> Figura 5: Kit di calibrazione di tipo N. Di seguito è mostrato un kit di calibrazione contenente gli standard aperti, brevi, di carico e tonnei utilizzati per calibrare gli errori nel VNA. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig05large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig06.jpg"> Figura 6: standard di calibrazione di tipo N. Fotografie degli standard di calibrazione maschile e femminile utilizzati nella calibrazione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig06large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig07.jpg"> Figura 7: Modulo di calibrazione elettronica. Fotografia di un modulo di calibrazione elettronica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig07large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig08.jpg"> Figura 8: Controllo della calibrazione Thru dopo la calibrazione su un grafico di grandezza del registro in funzione della frequenza in GHz. Il valore del thru è 0,01 dB a una frequenza di 1,8 GHz. Questo mostra il valore del thru in funzione della frequenza in GHz dopo la calibrazione. Il tru viene utilizzato come controllo di calibrazione per garantire che la calibrazione sia valida. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig08large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig09.jpg"> Figura 9: spiegazione del grafico Smith. Le posizioni dei valori di impeditura reale e immaginaria per gli impedimenti standard sono mostrate nella figura a sinistra e i valori di grandezza dell'impedito sono mostrati nella figura a destra17. Questo disegno Smith Chart mostra sia l'impedibile reale che quello immaginario a sinistra e la magnitudo impedibile a destra. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig09large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig10.jpg"> Figura 10: filtro RF inserito tra le porte 1 e 2. Fotografia di un filtro RF inserito tra le porte 1 e 2 alla fine dei cavi VNA durante le misurazioni. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig10large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig11.jpg"> Figura 11: Perdita di inserimento misurata e 3 punti dB per il filtro RF con le specifiche fornite nella figura 9. Questa è una schermata dal VNA durante la misurazione del filtro RF che è mostrato Figura 10. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig11large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig12.jpg"> Figura 12: Misurazione dell'attenuatore 10 dB non rientra nelle sue specifiche. Il valore misurato è -22,70 dB a 1,7 GHz e la sua specifica è 10 dB - 0,5 dB. Viene inoltre illustrata la misurazione di un attenuatore 10 dB che non rientra più nelle sue specifiche. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig12large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig13.jpg"> Figura 13: Misurazione di 10 dB attenuatore all'interno delle sue specifiche. Il valore misurato era -9,88 dB. Viene inoltre illustrata la misurazione di un attenuatore 10-dB che rientra nelle sue specifiche. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig13large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig14.jpg"> Figura 14: Misurazione del cavo coassiale di 11 m con un valore di attenuazione specificato da 0,05 dB/ft. Si prevede va che la perdita per tutta la lunghezza del cavo sia di 1,8 dB, che è coerente con il valore misurato di -1,9 dB a 1,87 GHz. Viene visualizzata anche la misurazione di un cavo che mostra che la perdita misurata rientra nelle specifiche del produttore. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig14large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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Calibration of Vector Network Analyzer for Measurements in Radio Frequency Propagation Channels

Questo protocollo descrive le procedure consigliate per la calibrazione di un analizzatore di rete vettoriale prima dell'uso come strumento accurato, destinato a misurare i componenti di un sistema di test di misurazione della propagazione a radiofrequenza.

Calibrazione dell'analizzatore di rete vettoriale per le misurazioni nei canali di propagazione della frequenza radio

In situ measurements of radio frequency (RF) spectrum activity provide insight into the physics of radio frequency wave propagation and validate existing ...

Fare buone misurazioni è difficile. Questa procedura contribuirà a sviluppare buone pratiche di misurazione. Quando questo protocollo viene seguito, i VNA eseguiranno il debug e caratterizzeranno con precisione i dispositivi e i sistemi RF.I VNA sono il modo più accurato per misurare un dispositivo o un sistema RF. La teoria alla base di questa tecnica è ben consolidata e seguire questo protocollo fornirà risultati coerenti e ripetibili. A dimostrare la procedura sarà Savio Tran, un collega del mio laboratorio.Prima di iniziare una misurazione, raccogliere tutti i componenti del sistema di misurazione della propagazione, inclusi cavi, amplificatori, filtri, dispositivi in prova e altri componenti pertinenti. Si noti che gli standard femminili che hanno una porta inseribile per la porta maschile sul cavo verranno utilizzati in questa calibrazione. Almeno mezz'ora prima della misurazione, accendere il VNA e premere il pulsante preimpostato.Ispezionare visivamente tutti i cavi e i connettori alla ricerca di evidenti segni di usura come graffi, ammaccature e fili imperfetti del connettore e pulire i connettori su tutti i dispositivi e le estremità dei cavi. Prima della loro connessione, allineare i cavi VNA con le porte uno e due e il dispositivo in prova e stringere i cavi collegati a mano. Se si sente poca o nessuna resistenza, stringere con una chiave di coppia da 12 pollici per connessioni di tipo N.Per impostare l'intervallo di frequenza VNA, aprite il menu di stimolo e selezionate la frequenza. Impostare la frequenza iniziale su 1.700 megahertz e la frequenza di arresto su 1.900 megahertz. Per impostare il tipo di misurazione, selezionare risposta, misura e S21.Per impostare e regolare l'alimentazione della porta, selezionare stimolo, alimentazione, alimentazione e regolare la potenza della porta a zero dbm. Per impostare e regolare le impostazioni di sweep, selezionate stimolo, sweep e sweep e sweep a gradini. Impostare il tempo di soffermarsi su zero microsecondi.Per impostare e regolare la modalità di media, selezionare la risposta e la media e impostare la larghezza di banda della frequenza intermedia su un kilohertz. Per impostare il formato dei dati di visualizzazione, selezionare risposta, formato e log mag. Quindi selezionate stimolo, sweep, numero di punti e 1601 per impostare il numero di punti dati nella traccia visualizzata.Per eseguire una calibrazione manuale, selezionare risposta, cal, calibrazione di avvio, calibrazione guidata e calibrazione non guidata. Selezionare due porte a carico aperto sotto la selezione del tipo CAL e selezionare il kit di calibrazione appropriato in modo che sia noto un valore accurato degli standard nel kit di calibrazione specifico. Quindi fare clic su Avanti.Collegare uno standard di calibrazione aperto al cavo collegato alla porta uno e collegare uno standard di calibrazione breve al cavo collegato alla porta due. Per eseguire una misurazione dell'apertura collegata, sulla porta uno selezionare aperto e digitare N50 femmina aperta. Apparirà una traccia.Per eseguire una misurazione del corto collegato sulla porta due, selezionare corto e digitare N50 femmina corto. Apparirà una traccia. Dopo la seconda misurazione, sostituire gli standard di calibrazione tra le porte.E sulla porta uno, selezionare corto e tipo N50 femmina corto per misurare il corto sulla porta uno. Apparirà una traccia. Per misurare l'apertura sulla porta due, sulla porta due, selezionare aperto e digitare N50 femmina aperta.Sostituire quindi il corto dalla porta uno con un carico a banda larga. E sulla prima porta, selezionare i carichi e digitare il carico a banda larga N50 per misurare il carico sulla porta uno. Apparirà una traccia.Una volta completata la misurazione, rimuovere l'apertura dalla porta due e il carico a banda larga dalla porta uno e trasferire il carico a banda larga dalla porta uno alla porta due. Posizionare l'apertura dalla porta due sulla porta uno per evitare segnali di perdita. E sulla porta due, selezionare i carichi e digitare il carico a banda larga N50.Apparirà una traccia. Inserire uno standard di calibrazione passante tra i cavi collegati alle porte uno e due e selezionare thru per misurare lo standard di calibrazione passante. Verranno visualizzate più tracce.Una volta che tutti gli standard hanno un segno di spunta sopra di loro, selezionare avanti e salvare come utente CalSet. Quindi immettere un nome per la calibrazione e fare clic su Salva. Per controllare la calibrazione, collegare un adattatore passante senza evidenti segni di usura ai cavi tra le porte uno e due e selezionare risposta, scala, scala e impostare la divisione su 0,1 decibel.Per misurare la perdita di inserimento dell'thru, selezionate il menu di stimolo, il trigger e il singolo. Una singola sweep apparirà attraverso l'intervallo di frequenza. Una volta controllato il thru, selezionate risposta, scala e scala per riportare il valore per divisione a 10 decibel.Per misurare S11, selezionare il menu di stimolo, il trigger e il singolo e selezionare risposta, misura e S11. Per misurare i componenti e le perdite di sistema, collegare prima il dispositivo in fase di test al VNA e selezionare risposta, misura e S21. Per misurare il dispositivo in fase di test, selezionare il menu di stimolo, il trigger e il singolo, quindi selezionare il file e salvare i dati come per salvare i dati come file di traccia visualizzato visualizzato.Impostare l'ambito sulle tracce visualizzate, il formato in formato visualizzato e scegliere un tipo di sensazione CSV o s2p che salva i parametri S delle due porte. Per controllare e analizzare i risultati del test di un filtro passa banda, selezionare l'analisi marcatore, la ricerca marcatore e max per trovare la perdita di inserimento del filtro. Selezionate l'analisi marcatore, il marcatore, il marcatore e impostate lo stimolo per il marcatore uno a 1.802 megahertz per impostare la frequenza centrale del filtro da misurare.Dal menu a discesa, selezionare il marcatore due e selezionare la casella on, spostando la manopola per abbassare la frequenza del marcatore al punto che è di tre decibel al di sotto della perdita misurata alla frequenza centrale. Selezionare riferimento e selezionare la casella on. Quindi selezionare il marcatore tre, selezionare la casella on e selezionare la casella del marcatore delta.Quindi impostare lo stimolo per il marcatore tre nel punto in cui il delta tre è più vicino allo zero. La larghezza di banda di tre decibel del filtro verrà visualizzata dal delta tre. Se non è selezionata una calibrazione manuale, selezionare l'opzione di calibrazione elettronica e collegare il kit di calibrazione elettronica ai cavi tra le porte uno e due.Selezionare la risposta, la calibrazione, avviare la calibrazione, la calibrazione guidata e utilizzare la calibrazione elettronica. Selezionare la calibrazione elettronica a due porte e il modulo e la caratterizzazione appropriati e fare clic su Avanti. Quindi fare clic su misura per misurare gli standard di calibrazione.Al termine della calibrazione, fare clic su Salva come CalSet dell'utente per salvare i dati di calibrazione. In questa analisi rappresentativa, il filtro è stato misurato dopo aver consultato le specifiche del produttore. Come osservato, è stata identificata la perdita di inserimento e i tre punti decibel.Ecco una misura di un attenuatore danneggiato da 10 decibel che è stato misurato per essere meno 22,70 decibel. Per confronto, in questa figura, si può osservare la misurazione di un buon attenuatore da 10 decibel. Si noti che il valore misurato rientra nell'intervallo specificato da meno 9,5 a meno 10,5 decibel nell'intera larghezza di banda da 1.700 a 1.900 megahertz.La perdita del cavo è un'altra misurazione importante frequentemente eseguita nelle misurazioni a radiofrequenza. Ad esempio, in questa analisi, la perdita misurata era di meno 1,88 decibel ad una frequenza di 1.750 megahertz. Assicurarsi di verificare sempre di avere una buona calibrazione prima di continuare a prendere le misurazioni e di verificare i parametri di misura con la scheda delle specifiche dopo aver misurato un dispositivo.L'utilizzo di buone pratiche di misurazione con un VNA sul piano del banco si traduce in misurazioni affidabili e accurate su altri dispositivi e in ambienti complessi.

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