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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私たちは、この作業に資金を提供してくれた防衛スペクトラムオフィス(DSO)に感謝します。

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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>

著者らは開示するものは何もない。

校正を行う前に、VNAが少なくとも0.5時間RTに暖かくすることが重要です(ただし、1時間は良いです)。1つのキャリブレーションは、精度の大きな損失なしに数日間続くことができます。ただし、校正は、測定の完全性を確保するために、校正標準を使用して毎日チェックされます。不良コネクタがVNAの精度を損なわないように、すべてのシステムコンポーネントの検査が不可欠です。VNA との低損失ケーブルを使用するのが最適です。キャリブレーションの整合性は、システムコンポーネントまたはDUTの測定前に確認する必要があります。ここで提供されている仕様以外の測定は、繰り返すか、新しいキャリブレーションが必要な場合があります。最後に、メーカーの仕様を使用して測定されたDUT値を確認することは、検証の必要な部分です。
VNAを測定器として使用する場合、その制限があります。DUTまたはシステムの損失が大きいため、測定されたSパラメータがVNAのノイズフロアを下回る場合、VNAでは測定できません。IF帯域幅を減らして掃引時間を増やすことで、ノイズフロアを下げることが可能です。これにより、測定取得時間が遅くなります。したがって、これらのパラメータを調整する際のトレードオフがあります。VNAは30dBmを超える入力電力を処理できないため、アンプの測定時に内部または外部減衰を使用する必要があります。VNAは同じ計測器にソースとレシーバを持っているので、電波伝搬測定システムとして使用されています。送信元と受信側は VNA に配置されているため、送信ポートは受信側ポートに何らかの方法で結合する必要があります。通常、これはケーブルで行われます。ただし、ケーブルは損失を増し、計測できる範囲のダイナミックレンジを減少します。さらに、分離距離が限られる。
損失を測定できるもう一つの方法は、信号発生器と電力計の使用です。パワーメーターはスカラー測定装置なので、信号の大きさしか測定できません。信号の位相を監視できないため、信号の正確な測定が行われなくなります。VNAは、より高品質な測定である、よく知られた入力信号に対して測定された信号の大きさと位相(実数成分と虚数成分)の両方を測定します。
VNAは、多くの種類の測定に適した選択肢です。この装置は、送信ポートおよび受信ポート18上のアンテナを使用して放射無線信号を測定するために使用することができる。時間領域分析を使用して、時間の経過に応じて信号を監視し、ケーブル内でどこでブレークが発生するかを判断できます。スイープ中に多くの周波数を測定することができ、これは、伝導された19または放射された環境20の中で、多くの周波数にわたる減衰損失を理解するために使用することができる。VNAのさまざまなパラメータ設定を理解すると、よく特徴付けられたDUT/システムが得られ、DUT/システムで得られる測定は、高い信頼度で使用することができます。

電気通信科学研究所(ITS)は、米国商務省の機関である国家電気通信情報局(NTIA)の研究所です。ITSは1950年代から電波伝搬測定に積極的に取り上げられています。スペクトラム共有は、連邦および商用のスペクトルユーザーのための新しいパラダイムであり、2つの異なるシステムが同時に同じ無線周波数スペクトルを共有することを要求する。スペクトル共有のシナリオが増えるにしたがって、複数のサービスが共有する必要がある無線環境をより深く理解できる正確で再現可能な無線伝搬測定の必要性も高まります。上記手順の目的は、そのようなシステムを構成する任意のコンポーネントが、正確に構成されたVNAによって十分に特徴付けられることを保証することです。
スペクトルの需要が増加する一方で、現在連邦政府機関が商業目的で使用しているスペクトルを迅速に解放することは必ずしも可能ではありません。たとえば、高度なワイヤレス サービス (AWS)-3 帯域 (1755 ~ 1780 MHz) では、軍事サービスと商用ワイヤレス キャリア1との間でスペクトル共有の取り決めが開発されています。これらの取り決めにより、商用の無線通信事業者は、軍用サービスの帯域外への移行を完了する前に AWS-3 バンドに入ります。
防衛スペクトル組織 (DSO) は、AWS-3 の移行を管理する任務を負っています。この移行の重要な部分は、バンドを共有する軍用および商用ワイヤレス システム間の RF 干渉の可能性を評価する新しい伝播モデルの開発です。DSOは、環境(総称して雑然と呼ばれる)で葉や人工構造物の影響をより良く計算する新しいモデルを構築するために、一連のチャネルサウンディング測定を行う一連のチャンネルサウンド測定を行うITSなどを任命しました。乱雑さを考慮する改善された伝播モデリングは、軍事システムの近くの商用送信機に対する制限を減らすことにつながります。
RFスペクトル活動の場での測定はRF波伝播の物理学に関する洞察を提供し、既存および新しい無線伝播モデルを検証する。これらのコンポーネントはどちらも、干渉のないスペクトル共有をサポートし、維持するために不可欠です。既知のテスト信号が特定の場所から移動式または静止型受信機に送信されるチャネルサウンディング技術は、異なる環境における無線チャネル特性を推定するデータを提供する。このデータは、伝播損失や信号の減衰をより正確に予測するモデルの開発と改善に使用されます。これらの損失は、建物やその他の障害物(都市の峡谷の樹木や地形)によるブロックや反射が原因である可能性があります。これらの障害物は、送受信アンテナ間の信号損失または減衰をもたらす、複数の、わずかに変種の伝搬経路を生成します。
ITSの測定技術は正確、反復可能、そして公平な結果を生み出す。DSOは、より広範な技術コミュニティと制度的知識を共有するようITSに奨励しています。この知識には、RF 伝播データを最適に測定および処理する方法が含まれます。最近発表されたNTIA技術覚書TM-19-53522、3、4、53,4,5は、無線伝搬測定システムの準備と検証のための一連のベストプラクティスを説明しています。これらのベスト プラクティスの一環として、VNA を使用して、測定システムのコンポーネント損失またはゲインを正確に測定します。その後、ゲインと損失を使用して、2つのアンテナ間の信号減衰を計算します。
ここで示すプロトコルは、実験室または現場のアプリケーションでテストする前に VNA5を校正するためのベスト プラクティスを説明します。これには、ウォームアップ時間、RFコネクタタイプの選択、適切な接続の作成、適切なキャリブレーションステップのパフォーマンスが含まれます。特定の伝播測定シナリオのコンテキストでデータ収集する前に、制御されたラボ環境でキャリブレーションを行う必要があります。追加の考慮事項は、このプロトコルの範囲外の特定の伝播測定環境に関連する場合があります。
VNA は、他の測定システムを組み立てるときのコンポーネントおよびサブアセンブリのデバイス特性を測定するために使用されます。パワーアンプ、レシーバ、フィルタ、低ノイズアンプ、ミキサー、ケーブル、アンテナはすべてVNAを特徴とすることができるコンポーネントです。システムのテストやキャリブレーションを行う前に、システムの必要なコンポーネントのリストが準備され、すべてのシステムコンポーネントが組み立てられます。システムの各コンポーネントは、VNA ケーブル間に挿入することによって個別に測定されます。これにより、すべてのコンポーネントが製造元の仕様に従って動作します。コンポーネントを確認すると、システムが組み立てられ、システム全体の損失が測定されます。これにより、コンポーネント間の反射と透過が適切に特徴付けられるようになります。
VNA は、大きさと位相の両方を持つ複雑な値を持つ量である散乱パラメータ(S パラメータ)を測定します。Sパラメータとは、入射信号に対する反射信号(反射測定)または2)が入射信号に送信される信号(送信測定)のどちらかの比率測定である。2ポートデバイスの場合、4つのSパラメータ(S11、S21、S2112、およびS22)を測定することができます。最初の添字は、信号が受信されたポートを指し、2 番目の添字は信号が送信されるポートを指します。したがって、S11は、送信信号がポート1で発信され、ポート1で受信されたことを意味する。さらに、S21は、送信信号がポート 1 で再び発信されたが、ポート 2 で受信されることを意味します。S11は、ポート 1 で入射した元の信号を参照して、ポート 1 でテスト対象のデバイス(DUT)によって反射される信号量を測定します。S21は、DUT を介して送信され、ポート 1 のインシデント信号を参照してポート 2 に到達する信号量を測定します。S11は、ポート1におけるDUTの反射係数の尺度であり、S21は、ポート1からポート2へのDUTの伝送係数の尺度である。
VNA のキャリブレーションは、通常 VNA 測定ケーブルの終端にある測定参照面までのコンポーネントから系統的なエラーを除去するために必要です。キャリブレーションは、既知の「完全な」標準(オープン、ショート、ロード、スルー/ライン)を測定し、VNAが測定する値と比較することで、システムエラーを取り除きます。一連のエラー訂正を通じて、DUTの補正値が表示されます。現在、キャリブレーション中に特徴付けられる12の誤差項66、77があります。詳細については、古典的なマイクロ波回路理論9,10でサポートされている6ポートネットワークアナライザ8で行われたオリジナルのSパラメータ測定を10参照してください。
S-パラメータ反射測定の最も一般的なタイプは、リターンロス、定在波比(SWR)、反射係数、インピーダンスマッチングです。Sパラメータ伝送測定の最も一般的なタイプは、挿入損失、伝達係数、ゲイン/ロス、グループ遅延、位相遅延、電気遅延です。伝送損失測定は、記載されたプロトコルにおいて強調される。
VNAを用いたシステムコンポーネントの損益の測定は、よく理解されています。ただし、コネクタのクリーニングや適切なトルクレンチの使用など、重要な手順はスキップされることがよくあります。このプロトコルは、特に重要な理由について、必要なすべての手順と説明を提供します。また、信号減衰の計算を含む RF 伝播測定の実行方法を説明する今後の記事の前兆としても役立ちます。

<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

無線周波数(RF)スペクトル活動の場での測定は、無線周波数波の伝播の物理学に関する洞察を提供し、既存および新しいスペクトル伝播モデルを検証します。これらのパラメータはどちらも、スペクトラムの使用が増加し続けるため、干渉のないスペクトル共有をサポートし、維持するために不可欠です。このような伝播測定は、正確で再現性があり、アーティファクトやバイアスが含まれなくてはなくてはないです。これらの測定で使用される部品の損益を特徴付けるのは、その精度にとって非常に重要です。ベクトルネットワークアナライザ(VNA)は、適切に較正されていれば、信号の大きさと位相の両方を測定する、確立された、非常に正確で汎用性の高い機器です。この記事では、VNA のキャリブレーションに関するベスト プラクティスについて説明します。キャリブレーションが完了したら、正しく構成された伝播測定(またはチャネルサウンディング)システムのコンポーネントを正確に測定したり、測定システム自体として使用したりすることができます。

コンポーネントが正しく動作しているかどうかを確認する際には、それぞれの Web サイトで確認できる製造元の仕様を確認することが重要です。ここで、フィルタ(図10)は、その仕様14を調べた後に測定した。図11に示すように、挿入損失は3dB点と同様に同定された。マーカー1で示されるように、較正後の測定された挿入損失は、0.83dBの大きさを持っていた。負の符号は損失だったことを示します。参照内の挿入損失は、調整された 0.8 dB (dBa) に指定されます。測定された3dBのフィルタ帯域幅は1749 MHzから1854 MHzに変更されました。減算すると、105 MHzの値が得られ、これは104.5 MHzの典型的な値に近い値です。
メーカーの仕様15で説明されているように、50 Wの入力電力に耐えるように構築された10dBの減衰器があります。この減衰器の減衰仕様は10 dB ± 0.5 dB です。ある時点で、50 Wを超える入力電力が減衰器に入力され、減衰器が損傷しました。校正された VNA を使用して、このコンポーネントの品質を確認しました。再び、品質保証のためにすべてのフィールド測定の前に各コンポーネントを測定することが重要です。DUTの測定は図12に示す。比較すると、良好な10dBアッテナレータの測定を図13に示す。測定値は1750 MHzで9.88dBで、1700~1900MHzの全帯域幅にわたって-9.5~-10.5dBの範囲内です。
最後に、ケーブル損失は、無線周波数測定で頻繁に行われるもう一つの重要な測定です。測定されたケーブルの仕様は、データシート16の5ページに記載されている。1フィート当たりの減衰(dB/ft)は1GHzで0.05 dB、つまり0.16 dB/mでした。メーカーによると、長さ36フィート/11mの測定ケーブルは、指定された損失が〜1.8dBでした。測定された損失を図14に示します。1750 MHzの周波数では、測定損失は-1.88 dBでした(これは、デシベルの最も近い10分の1に切り上げられた場合、マグニチュード1.9dBです)。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig01.jpg"> 図1:VNAの電源を入れ赤い円は、VNA 電源ボタンの位置を表します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig01large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig02.jpg"> 図2:2つのVNAポートに接続された高品質で位相安定ケーブルケーブルは 8 in.lbf を使用して VNA の前面パネルに接続されます。トルクレンチ。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig02large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig03.jpg"> 図3:コネクタのクリーニング(A)内導体のクリーニング、(B)外導体と糸の洗浄、および(C)圧縮空気を用いてコネクタを静かに吹き飛ばします。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig03large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig04.jpg"> 図4:タイプNコネクタ用の12インチのトルクレンチ。このレンチはVNAケーブルとDUT間の接続を締付けるために使用されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig04large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig05.jpg"> 図5:タイプNキャリブレーションキット。ここに示されているのは、VNA のエラーを校正するために使用される、オープン、ショート、ロード、スルーの標準を含むキャリブレーション キットです。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig05large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig06.jpg"> 図6:タイプNキャリブレーション規格。キャリブレーションで使用される男性と女性のキャリブレーション基準の写真。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig06large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig07.jpg"> 図7:電子キャリブレーションモジュール。電子キャリブレーションモジュールの写真。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig07large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig08.jpg"> 図8:GHzの周波数の関数として、対数大きさプロットでキャリブレーション後のスルーキャリブレーションチェック。スルーの値は、1.8 GHzの周波数で0.01 dBです。キャリブレーション後のGHzの周波数の関数としてのスルーの値を示します。スルーは、キャリブレーションが有効であることを確認するためのキャリブレーションチェックとして使用されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig08large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig09.jpg"> 図9:スミスチャートの説明標準インピーダンスの実インピーダンス値と虚数値の位置を左側の図に示し、インピーダンスの大きさの値を右図17に示します。このスミス図の図面は、左側に実インピーダンスと仮想インピーダンスの両方を示し、右側にインピーダンスの大きさを示しています。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig09large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig10.jpg"> 図 10: ポート 1 と 2 の間に挿入された RF フィルタ。測定時に VNA ケーブルの端にあるポート 1 とポート 2 の間に挿入された RF フィルタの写真。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig10large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig11.jpg"> 図 11:図 9. に示す仕様を使用した RF フィルタの挿入損失と 3 dB ポイントの測定これは、図 10に示す RF フィルタの測定中に VNA のスクリーンショットを示しています。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig11large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig12.jpg"> 図12:仕様に含まれていない10dBアッテニュエータの測定。測定値は1.7 GHzで-22.70dB、その仕様は10dB±0.5dBです。また、仕様内に存在しない10dBアッテナレータの測定も示されています。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig12large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig13.jpg"> 図13:仕様内での10dBアッテニュエータの測定。測定値は-9.88dBであった。また、仕様内にある10dB減衰器の測定も示されています。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig13large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig14.jpg"> 図 14: 0.05 dB/ft が指定された同軸ケーブル 36 ft (11 m)の測定ケーブルの長さによる損失は、1.87 GHzで-1.9 dBの測定値と一致する〜1.8dBであると予想されました。また、測定された損失がメーカーの仕様の範囲内であることを示すケーブルの測定も表示されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig14large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>

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

このプロトコルは、無線周波数伝搬測定試験システムのコンポーネントを測定することを目的とした正確な計測器として使用する前にベクトルネットワークアナライザを較正するためのベストプラクティスを説明します。

無線周波数伝搬チャネルにおける測定のためのベクトルネットワークアナライザのキャリブレーション

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

良い測定を行うことは困難です。この手順は、良好な測定方法の開発に役立ちます。このプロトコルに従うと、VNA は、RF デバイスとシステムを正確にデバッグし、特徴付けます。VNAは、RFデバイスまたはシステムを測定する最も正確な方法です。この技術の背後にある理論は確立されており、このプロトコルに従うと、一貫した再現可能な結果が得られます。手順を実証することは、私の研究室の同僚であるサビオ・トランです。測定を開始する前に、伝播測定システムのすべてのコンポーネント(ケーブル、アンプ、フィルター、テスト対象デバイス、その他の関連コンポーネントを含む)を収集します。なお、ケーブルのオスポート用に挿入可能なポートを持つ女性規格は、このキャリブレーションで使用されます。測定の30分前に、VNAをオンにしてプリセットボタンを押します。すべてのケーブルとコネクタを目視で調べ、ニック、へこみ、不完全なコネクタスレッドなどの摩耗の兆候を確認し、すべてのデバイスとケーブルの端部のコネクタをクリーニングします。接続する前に、VNAケーブルをポート1と2と、テスト対象のデバイスと位置合わせし、接続されたケーブルを手で締めます。抵抗がほとんどない場合は、タイプN接続用の12インチポンドのトルクレンチで締めます。VNA 周波数範囲を設定するには、刺激メニューを開いて周波数を選択します。開始周波数を 1,700 メガヘルツに設定し、停止周波数を 1,900 メガヘルツに設定します。測定タイプを設定するには、応答、測定、および S21 を選択します。ポートの電源を設定して調整するには、刺激、電力、電力を選択し、ポートの電源をゼロ dbm に調整します。スイープ設定を設定および調整するには、刺激、スイープ、スイープ設定、およびステップ スイープを選択します。ドウェル時間をゼロマイクロ秒に設定します。平均化モードを設定および調整するには、応答と平均を選択し、中間周波数帯域幅を 1 キロヘルツに設定します。表示データ形式を設定するには、応答、形式、およびログの形式を選択します。次に、刺激、スイープ、ポイント数、および 1601 を選択して、表示されるトレースのデータ ポイント数を設定します。手動キャリブレーションを実行するには、応答、cal、キャリブレーションの開始、キャリブレーションウィザード、および無誘導キャリブレーションを選択します。calタイプの選択の下で2つのポートの短いオープン負荷を選択し、特定のキャリブレーションキットの標準の正確な値が既知になるように適切なキャリブレーションキットを選択します。次に、[次へ] をクリックします。ポート1に接続されているケーブルに開いた校正規格を取り付け、ポート2に接続されたケーブルに短いキャリブレーション標準を取り付けます。接続されたオープンの測定を実行するには、ポート1で、開くを選択し、N50メスオープンと入力します。トレースが表示されます。ポート2に接続されたショートの測定を行う場合は、短く選択し、N50メスショートと入力します。トレースが表示されます。2回目の測定後、ポート間でキャリブレーション基準をスワップします。ポート 1 では、短いポート 1 のショートを測定するために短いと入力 N50 女性ショートを選択します。トレースが表示されます。ポート 2 で開いているポートを測定するには、ポート 2 で、[開く] を選択し、「N50 メス オープン」と入力します。次に、ポート 1 のショートをブロードバンド負荷に置き換えます。ポート 1 で、負荷を選択し、N50 ブロードバンド負荷を入力してポート 1 の負荷を測定します。トレースが表示されます。測定が完了したら、ポート 2 から開いたものを取り出し、ポート 1 からブロードバンド負荷をポート 1 からポート 2 に転送します。ポート2からポート1に開けて、漏洩信号を防ぎます。ポート 2 で、負荷を選択し、N50 ブロードバンド負荷を入力します。トレースが表示されます。ポート1と2に接続されたケーブル間にスルーキャリブレーション標準を挿入し、スルーキャリブレーション標準を測定するためにスルーを選択します。複数のトレースが表示されます。すべての規格が上にチェックマークを付け、次を選択してユーザー CalSet として保存します。次に、キャリブレーションの名前を入力し、[保存]をクリックします。キャリブレーションを確認するには、ポート1と2の間のケーブルに明らかな摩耗の兆候がないスルーアダプタを接続し、応答、スケール、スケールを選択し、分割ごとに0.1デシベルに設定します。スルーの挿入損失を測定するには、刺激メニュー、トリガー、およびシングルを選択します。周波数範囲に 1 つのスイープが表示されます。スルーがチェックされたら、応答、スケール、スケールを選択して、除算値を 10 デシベルに戻します。S11を測定するには、刺激メニュー、トリガ、シングルを選択し、応答、測定、S11を選択します。コンポーネントとシステムの損失を測定するには、まずテスト対象のデバイスを VNA に接続し、応答、測定、および S21 を選択します。テスト対象デバイスを測定するには、刺激メニュー、トリガ、シングルを選択し、ファイルを選択してデータを保存し、表示されたトレース形式のトレースファイルとしてデータを保存します。表示されるトレースにスコープを設定し、表示形式にフォーマットを設定し、2 つのポート S パラメーターを保存する CSV または s2p のいずれかのフィールタイプを選択します。バンドパスフィルタのテスト結果を確認して分析するには、マーカー解析、マーカー検索、最大を選択して、フィルタの挿入損失を見つけます。マーカー分析、マーカー、マーカーを選択し、マーカー1の刺激を1,802メガヘルツに設定して、測定するフィルタの中心周波数を設定します。ドロップダウンメニューからマーカー2を選択し、オンボックスをオンにして、中心周波数で測定された損失より3デシベル以下のポイントにマーカー周波数を下げるノブを移動します。参照を選択し、オンボックスをオンにします。次に、マーカー 3 を選択し、オン ボックスをオンにして、デルタ マーカー ボックスをオンにします。次に、マーカー 3 の刺激を、デルタ 3 がゼロに最も近い位置に設定します。フィルタの 3 デシベル帯域幅はデルタ 3 で表示されます。手動キャリブレーションが選択されていない場合は、電子キャリブレーションオプションを選択し、ポート1と2の間のケーブルに電子キャリブレーションキットを接続します。応答、キャリブレーション、キャリブレーション開始、キャリブレーションウィザードを選択し、電子キャリブレーションを使用します。2つのポート電子キャリブレーションと適切なモジュールと特性を選択し、[次へ]をクリックします。次に、[測定] をクリックして、キャリブレーションの基準を測定します。キャリブレーションの最後に、[ユーザー CalSet として保存] をクリックして、キャリブレーションデータを保存します。この代表的な分析では、フィルターはメーカーの仕様に従った後に測定した。観察されたように、挿入損失は3デシベル点と同様に同定された。ここでは、マイナス22.70デシベルとして測定された損傷した10デシベルアッテナーの測定値です。比較のために、この図では、良好な10デシベルアッテナーの測定が観察できる。測定値は、1、700~1、900メガヘルツ帯域幅全体で、マイナス9.5~マイナス10.5デシベルの範囲内に収まる点に注意してください。ケーブルロスは、無線周波測定で頻繁に行われるもう1つの重要な測定です。たとえば、この分析では、測定損失は1,750メガヘルツの周波数でマイナス1.88デシベルでした。測定を続行する前に、キャリブレーションが良好であることを必ず確認し、デバイスを測定した後、仕様書で測定パラメータを確認してください。ベンチ上部のVNAを使用して良好な測定手法を使用すると、他のデバイスや複雑な環境で信頼できる正確な測定が可能になります。

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