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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Agradecemos a la Oficina del Espectro de Defensa (DSO) por financiar este trabajo.

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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>

Los autores no tienen nada que revelar.

Es importante permitir que el VNA se caliente a RT durante al menos 0,5 h (aunque, 1 h es mejor) antes de realizar las calibraciones, lo que permite que todos los componentes internos lleguen a RT y da como resultado calibraciones más estables. Una calibración puede durar varios días sin una gran pérdida de precisión; sin embargo, la calibración se comprueba diariamente utilizando un estándar de calibración para garantizar la integridad de la medición. La inspección de todos los componentes del sistema es esencial para que los conectores defectuosos no dañen la precisión del VNA. Es mejor utilizar cables de baja pérdida con el VNA. La integridad de la calibración debe comprobarse antes de la medición de cualquier componente del sistema o DUT. Cualquier medición fuera de las especificaciones proporcionadas aquí debe repetirse o puede requerir una nueva calibración. Por último, el uso de las especificaciones del fabricante para comprobar los valores DUT medidos es una parte necesaria de la validación.
El uso del VNA como instrumento de medición tiene sus limitaciones. Si el DUT o el sistema tiene pérdidas tan grandes que los parámetros S medidos caen por debajo del suelo de ruido del VNA, no se puede medir con el VNA. Es posible bajar el suelo de ruido disminuyendo el ancho de banda IF y aumentando el tiempo de barrido. Esto ralentizará el tiempo de adquisición de la medición; por lo tanto, hay una compensación al ajustar estos parámetros. El VNA no puede manejar potencias de entrada superiores a 30 dBm, por lo que se requiere el uso de atenuación interna o externa cuando se requieren amplificadores de medición. El VNA tiene una fuente y un receptor ubicados en el mismo instrumento, por lo que se ha utilizado como un sistema de medición de propagación por radio. Porque la fuente y el receptor se encuentran en el VNA, el puerto transmisor se debe unir de alguna manera al puerto receptor. Típicamente, esto se hace con los cables; sin embargo, los cables añaden pérdida, disminuyendo el rango dinámico de lo que se puede medir. Además, las distancias de separación se vuelven limitadas.
El otro método por el cual se pueden medir las pérdidas es el uso de un generador de señal y un medidor de potencia. El medidor de potencia es un dispositivo de medición escalar, por lo que sólo puede medir la magnitud de una señal. No puede monitorear la fase de la señal, lo que resulta en mediciones menos precisas de la señal. El VNA mide tanto la magnitud como la fase (de los componentes reales e imaginarios) de una señal medida en relación con una señal de entrada bien conocida, que es una medición de mayor calidad.
Los VNAs son una opción versátil para muchos tipos de mediciones. El instrumento se puede utilizar para medir las señales de radio radiadas utilizando antenas en los puertos de transmisión y recepción18. El análisis del dominio del tiempo se puede utilizar para monitorear las señales a lo largo del tiempo y determinar donde ocurre una interrupción en un cable. Puede medir muchas frecuencias durante un barrido, que se pueden utilizar para entender las pérdidas de atenuación en muchas frecuencias, ya sea en un entorno conducido19 o radiado20. Comprender los diversos ajustes de parámetros del VNA da como resultado DUTs/sistemas bien caracterizados, y las mediciones obtenidas con el DUT/sistema se pueden utilizar con un alto grado de confianza.

El Instituto de Ciencias de las Telecomunicaciones (ITS) es el laboratorio de investigación de la Administración Nacional de Telecomunicaciones e Información (NTIA), una agencia del Departamento de Comercio de los Estados Unidos. ITS ha estado activo en mediciones de propagación radioeléctrico desde la década de 1950. El intercambio de espectro, el nuevo paradigma para los usuarios del espectro federal y comercial, requiere que dos sistemas dispares compartan al mismo tiempo el mismo espectro de radiofrecuencia. A medida que aumentan los escenarios de compartición de espectro, también aumenta la necesidad de mediciones de propagación radioeléctrico precisas y reproducibles que proporcionen una mejor comprensión del entorno radioeléctrico, que los servicios múltiples deben compartir. El objetivo del procedimiento descrito es asegurarse de que cualquier componente que constituya un sistema de este tipo esté bien caracterizado por un VNA configurado con precisión.
Si bien la demanda de espectro aumenta, no siempre es posible liberar rápidamente el espectro que actualmente utilizan las agencias federales con fines comerciales. Por ejemplo, en la banda Advanced Wireless Services (AWS)-3 (1755-1780 MHz), se están desarrollando acuerdos de intercambio de espectro entre los servicios militares y los operadores inalámbricos comerciales1. Estos acuerdos permiten a los operadores inalámbricos comerciales entrar en la banda AWS-3 antes de completar la transición de los servicios militares fuera de la banda.
La Organización del Espectro de Defensa (DSO) se ha encargado de administrar la transición de AWS-3. Una parte clave de la transición implica el desarrollo de nuevos modelos de propagación para evaluar el potencial de interferencia de RF entre los sistemas inalámbricos militares y comerciales que comparten la banda. El DSO ha encargado a ITS y a otros la realización de una serie de mediciones de sondeo de canales para construir nuevos modelos que calculen mejor el impacto del follaje y las estructuras artificiales en el entorno (colectivamente conocido como desorden). La mejora del modelado de propagación que considera el desorden dará lugar a menos restricciones a los transmisores comerciales en las proximidades de los sistemas militares.
Las mediciones in situ de la actividad del espectro RF proporcionan información sobre la física de la propagación de ondas RF y validan los modelos de propagación de radio existentes y nuevos. Ambos componentes son esenciales para apoyar y preservar el intercambio de espectro libre de interferencias. Las técnicas de sondeo de canales, en las que una señal de prueba conocida se transmite desde una ubicación específica a un receptor móvil o estacionario, proporcionan datos que estiman las características del canal de radio en diferentes entornos. Los datos se utilizan para desarrollar y mejorar modelos que predicen con mayor precisión las pérdidas de propagación o la atenuación de la señal. Estas pérdidas pueden deberse al bloqueo y la reflexión por parte de edificios y otros obstáculos (es decir, árboles o terreno en cañones urbanos). Estos obstáculos producen múltiples, ligeramente variantes, trayectorias de propagación que resultan en la pérdida de señal o atenuación entre la antena transmisora y receptora.
Las técnicas de medición de ITS producen resultados precisos, repetibles e imparciales. La OSD ha alentado a STI a compartir sus conocimientos institucionales con la comunidad técnica en general. Este conocimiento incluye cómo medir y procesar de forma óptima los datos de propagación de RF. El Memorándum Técnico NTIA TM-19-5352, 3 ,4,,,5, publicado recientemente, describe un conjunto de mejores prácticas para la preparación y verificación de sistemas de medición de propagación radioeléctrico.4 Como parte de estas prácticas recomendadas, se utiliza un VNA para medir con precisión las pérdidas o ganancias de componentes de un sistema de medición. Las ganancias y pérdidas se utilizan entonces para calcular la atenuación de la señal entre dos antenas.
El protocolo presentado aquí aborda las mejores prácticas para calibrar un VNA5 antes de realizar pruebas en aplicaciones de laboratorio o de campo. Estos incluyen el tiempo de calentamiento, la selección del tipo de conector RF, la realización de conexiones adecuadas y el rendimiento de los pasos de calibración adecuados. La calibración debe llevarse a cabo en un entorno de laboratorio controlado antes de la recopilación de datos en el contexto de un escenario de medición de propagación específico. Consideraciones adicionales pueden ser relevantes para entornos de medición de propagación específicos, que están fuera del ámbito de este protocolo.
El VNA se utiliza para medir las características del dispositivo de los componentes y subensamblajes al ensamblar otros sistemas de medición. Amplificadores de potencia, receptores, filtros, amplificadores de bajo ruido, mezcladores, cables y antenas son todos componentes que se pueden caracterizar por un VNA. Antes de probar y/o calibrar un sistema, se prepara una lista de todos los componentes necesarios del sistema y se ensamblan todos los componentes del sistema. Cada componente de un sistema se mide por separado insertándolos entre los cables VNA. Esto garantiza que todos los componentes funcionen dentro de las especificaciones del fabricante. Una vez comprobados los componentes, se monta el sistema y se miden las pérdidas en todo el sistema. Esto garantiza que las reflexiones y transmisiones entre los componentes se caractericen adecuadamente.
Un VNA mide los parámetros de dispersión (parámetros S), que son cantidades de valor complejo con magnitud y fase. Un parámetro S es una medición de relación de la señal reflejada 1) a la señal incidente (medida de reflexión) o 2) señal transmitida a la señal incidente (medida de transmisión). Para un dispositivo de dos puertos, se pueden medir cuatro parámetros S (S11,S21,S12y S22). El primer subíndice se refiere al puerto donde se recibe la señal, y el segundo se refiere al puerto donde se transmite la señal. Así, S11 significa la señal transmitida originada en el puerto 1 y fue recibida en el puerto 1. Además, S21 significa que la señal transmitida originó otra vez en el puerto 1 pero se recibe en el puerto 2. S11 mide la cantidad de señal que refleja el dispositivo bajo prueba (DUT) en el puerto 1 con referencia a la señal original que fue incidente en el puerto 1. S21 mide la cantidad de señal que se transmite a través del DUT y llega al puerto 2 con referencia a la señal incidente en el puerto 1. S11 es una medida del coeficiente de reflexión del DUT en el puerto 1, y S21 es una medida del coeficiente de transmisión del DUT desde el puerto 1 hasta el puerto 2.
Se requiere una calibración del VNA para eliminar los errores sistemáticos de los componentes hasta (e incluyendo) el plano de referencia de medición, que normalmente se encuentra al final de los cables de medición de VNA. Una calibración elimina los errores del sistema midiendo estándares conocidos "perfectos" (abiertos, cortos, cargas, a través/línea) y comparándolo con el valor que mide el VNA. A través de una serie de correcciones de errores, se muestra un valor corregido para el DUT. Actualmente hay 12 términos de error6,,7 que se caracterizan durante la calibración. Para obtener más información, consulte las mediciones originales de los parámetros S que se realizaron en analizadores de red de seis puertos8 compatibles con la teoría clásica de circuitos de microondas9,,10.
Los tipos más comunes de mediciones de reflexión de parámetros S son la pérdida de retorno, la relación de onda estacionaria (SWR), el coeficiente de reflexión y la coincidencia de impedancia. Los tipos más comunes de mediciones de transmisión de parámetros S son la pérdida de inserción, el coeficiente de transmisión, la ganancia/pérdida, el retardo de grupo, el retardo de fase o fase y el retardo eléctrico. Las mediciones de pérdida de transmisión se enfatizan en el protocolo descrito.
La medición de las ganancias y pérdidas de los componentes del sistema utilizando un VNA es bien entendida. Sin embargo, a menudo se omiten pasos importantes, como la limpieza de conectores y el uso de una llave de torsión adecuada. Este protocolo proporciona todos los pasos necesarios y explicaciones de por qué algunos son particularmente importantes. También servirá como preludio de un artículo futuro que describe cómo realizar mediciones de propagación de RF, incluidos los cálculos de la atenuación de la señal.

<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

Las mediciones in situ de la actividad del espectro de radiofrecuencia (RF) proporcionan información sobre la física de la propagación de ondas de radiofrecuencia y validan los modelos de propagación de espectro existentes y nuevos. Ambos parámetros son esenciales para apoyar y preservar el uso compartido del espectro libre de interferencias, ya que el uso del espectro sigue aumentando. Es vital que tales mediciones de propagación sean precisas, reproducibles y estén libres de artefactos y sesgos. Caracterizar las ganancias y pérdidas de los componentes utilizados en estas mediciones es vital para su precisión. Un analizador de red vectorial (VNA) es un equipo bien establecido, altamente preciso y versátil que mide la magnitud y la fase de las señales, si se calibra correctamente. En este artículo se detallan las prácticas recomendadas para calibrar un VNA. Una vez calibrado, se puede utilizar para medir con precisión los componentes de un sistema de medición de propagación (o sonido de canal) correctamente configurado o se puede utilizar como un sistema de medición en sí.

Al verificar si un componente funciona correctamente, es importante consultar las especificaciones del fabricante, que se pueden encontrar en sus respectivos sitios web. Aquí, el filtro (Figura 10) se midió después de consultar sus especificaciones14. Tal y como se muestra en del cuadro 11,se identificó la pérdida de inserción, así como los 3 puntos dB. La pérdida de inserción medida después de la calibración, como se muestra en el marcador 1, tuvo una magnitud de 0,83 dB. El signo negativo indica que fue una pérdida. La pérdida de inserción en la referencia se especifica para ajustar 0,8 dB (dBa). El ancho de banda medido de 3 dB del filtro cambió de 1749 MHz a 1854 MHz. Cuando se restó, esto produjo un valor de 105 MHz, que está cerca del valor típico de 104,5 MHz.
Hay atenuadores de 10 dB construidos para soportar una potencia de entrada de 50 W, como se describe en las especificaciones del fabricante15. La especificación de atenuación para este atenuador es de 10 dB a 0,5 dB. En algún momento, se inscó una potencia de entrada superior a 50 W en el atenuador, lo que dañó el atenuador. Se utilizó un VNA calibrado para comprobar la calidad de este componente. Una vez más, es importante medir cada componente antes de todas las mediciones de campo para el aseguramiento de la calidad. La medición del DUT se muestra en la Figura 12. En comparación, la medición de un buen atenuador de 10 dB se muestra en la Figura 13. Cabe señalar que el valor medido era de 9,88 dB a 1750 MHz, que está dentro del rango especificado de -9,5 a -10,5 dB en todo el ancho de banda de 1700–1900 MHz.
Por último, la pérdida de cable es otra medida importante que se realiza con frecuencia en las mediciones de radiofrecuencia. Las especificaciones para el cable medido se pueden encontrar en la página 5 de la hoja de datos16. La atenuación por pie (dB/ft) fue de 0,05 dB a 1 GHz, o 0,16 dB/m. Un cable medido con una longitud de 36 pies/11 m tenía una pérdida especificada de 1,8 dB, según el fabricante. La pérdida medida se muestra en la Figura 14. A una frecuencia de 1750 MHz, la pérdida medida fue de -1,88 dB (que, cuando se redondea hasta la décima parte más cercana de un decibelio, es una magnitud de 1,9 dB).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig01.jpg"> Figura 1: Encendido del VNA. El círculo rojo representa la ubicación del botón de encendido VNA. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig01large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig02.jpg"> Figura 2: Cables de alta calidad y estables en fase conectados a dos puertos VNA. Los cables están conectados al panel frontal del VNA utilizando un 8 in.lbf. llave de torsión. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig02large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig03.jpg"> Figura 3: Conectores de limpieza. (A) Limpieza del conductor interno, (B) limpieza del conductor exterior y roscas, y (C) secar suavemente el conector con aire comprimido. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig03large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig04.jpg"> Figura 4: Una llave de torsión de 12 in.lbf. para conectores de tipo N. Esta llave se utiliza para ajustar las conexiones entre los cables VNA y DUT. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig04large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig05.jpg"> Figura 5: Kit de calibración tipo N. Aquí se muestra un kit de calibración que contiene estándares abiertos, cortos, de carga y a través utilizados para calibrar errores en el VNA. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig05large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig06.jpg"> Figura 6: Estándares de calibraciones de tipo N. Fotografías de los estándares de calibración masculinos y femeninos utilizados en la calibración. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig06large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig07.jpg"> Figura 7: Módulo de calibración electrónica. Una fotografía de un módulo de calibración electrónica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig07large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig08.jpg"> Figura 8: Comprobación de calibración después de la calibración en una gráfica de magnitud de registro en función de la frecuencia en GHz. El valor del thru es 0.01 dB a una frecuencia de 1.8 GHz. Esto muestra el valor de la a través como una función de frecuencia en GHz después de la calibración. El thru se utiliza como una comprobación de calibración para asegurarse de que la calibración es válida. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig08large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig09.jpg"> Figura 9: Explicación de Smith Chart. Las ubicaciones de valores de impedancia reales e imaginarias para impedancias estándar se muestran en la figura de la izquierda, y los valores de magnitud de impedancia se muestran en la figura de la derecha17. Este dibujo de Smith Chart muestra la impedancia real e imaginaria a la izquierda y la magnitud de la impedancia a la derecha. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig09large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig10.jpg"> Figura 10: Filtro RF insertado entre los puertos 1 y 2. Fotografía de un filtro RF insertado entre los puertos 1 y 2 al final de los cables VNA durante las mediciones. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig10large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig11.jpg"> Figura 11: Pérdida de inserción medida y 3 puntos dB para el filtro RF con las especificaciones proporcionadas en la Figura 9..  Esta es una captura de pantalla del VNA durante la medición del filtro RF que se muestra en el cuadro 10. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig11large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig12.jpg"> Figura 12: Medición del atenuador de 10 dB no dentro de sus especificaciones. El valor medido es de -22,70 dB a 1,7 GHz y su especificación es de 10 dB a 0,5 dB. También se muestra la medición de un atenuador de 10 dB que ya no está dentro de sus especificaciones. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig12large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig13.jpg"> Figura 13: Medición del atenuador de 10 dB dentro de sus especificaciones. El valor medido fue de -9,88 dB. También se muestra la medición de un atenuador de 10 dB que está dentro de sus especificaciones. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig13large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60874/60874fig14.jpg"> Figura 14: Medición del cable coaxial de 36 pies (11 m) con un valor de atenuación especificado de 0,05 dB/ft. Se esperaba que la pérdida a través de la longitud del cable fuera de 1,8 dB, lo que es consistente con el valor medido de -1,9 dB a 1,87 GHz. También se muestra la medición de un cable que muestra que la pérdida medida está dentro de las especificaciones del fabricante. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60874/60874fig14large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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

Este protocolo describe las prácticas recomendadas para calibrar un analizador de red vectorial antes de utilizarlo como un instrumento preciso, destinado a medir los componentes de un sistema de prueba de medición de propagación de radiofrecuencia.

Calibración del analizador de red vectorial para mediciones en canales de propagación de radiofrecuencia

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

Hacer buenas mediciones es difícil. Este procedimiento ayudará a desarrollar buenas prácticas de medición. Cuando se sigue este protocolo, los VNA depurarán y caracterizarán los dispositivos y sistemas RF con precisión.Los VNA son la forma más precisa de medir un dispositivo o sistema RF. La teoría detrás de esta técnica está bien establecida y seguir este protocolo proporcionará resultados consistentes y repetibles. Demostrando el procedimiento estará Savio Tran, un colega de mi laboratorio.Antes de iniciar una medición, reúna todos los componentes del sistema de medición de propagación, incluidos los cables, amplificadores, filtros, dispositivos sometidos a prueba y otros componentes relevantes. Tenga en cuenta que las normas femeninas que tienen un puerto insertable para el puerto macho en el cable se utilizarán en esta calibración. Al menos media hora antes de la medición, encienda el VNA y pulse el botón de preajuste.Inspeccione visualmente todos los cables y conectores en busca de signos obvios de desgaste, como abolladuras, abolladuras e hilos de conectores imperfectos, y limpie los conectores en todos los dispositivos y extremos de cable. Antes de su conexión, alinee los cables VNA con los puertos uno y dos y el dispositivo bajo prueba y apriete los cables conectados a mano. Si se siente poca o ninguna resistencia, apriete con una llave de torsión de 12 pulgadas para conexiones tipo N.Para ajustar el rango de frecuencia de VNA, abra el menú de estímulo y seleccione la frecuencia. Establezca la frecuencia de inicio en 1.700 megahercios y la frecuencia de parada en 1.900 megahercios. Para establecer el tipo de medida, seleccione respuesta, medida y S21.Para ajustar y ajustar la potencia del puerto, seleccione estímulo, potencia, potencia y ajuste la potencia del puerto a cero dbm. Para establecer y ajustar la configuración de barrido, seleccione la configuración de estímulo, barrido y barrido, y barrido escalonado. Establezca el tiempo de permanencia en cero microsegundos.Para establecer y ajustar el modo de promediación, seleccione la respuesta y el promedio y establezca el ancho de banda de frecuencia intermedia en un kilohercio. Para establecer el formato de datos de visualización, seleccione la respuesta, el formato y el mag de registro. A continuación, seleccione estímulo, barrido, número de puntos y 1601 para establecer el número de puntos de datos en el seguimiento mostrado.Para realizar una calibración manual, seleccione la respuesta, cal, iniciar calibración, asistente de calibración y calibración no guiada. Seleccione dos puertos de carga abierta corta en la selección de tipo cal y seleccione el kit de calibración adecuado para que se conozca un valor preciso de los estándares en el kit de calibración específico. A continuación, haga clic en Siguiente.Conecte un estándar de calibración abierto al cable conectado al puerto uno y conecte un estándar de calibración corto al cable conectado al puerto dos. Para realizar una medición de la apertura adjunta, en el puerto uno, seleccione abierto y escriba N50 hembra abierta. Aparecerá un seguimiento.Para realizar una medición del corto adjunto en el puerto dos, seleccione short y tipo N50 hembra short. Aparecerá un seguimiento. Después de la segunda medición, cambie los estándares de calibración entre los puertos.Y en el puerto uno, seleccione corto y tipo N50 hembra corto para medir el corto en el puerto uno. Aparecerá un seguimiento. Para medir la apertura en el puerto dos, en el puerto dos, seleccione abierto y escriba N50 hembra abierta.A continuación, reemplace el corto desde el puerto uno con una carga de banda ancha. Y en el puerto uno, seleccione las cargas y escriba la carga de banda ancha N50 para medir la carga en el puerto uno. Aparecerá un seguimiento.Una vez completada la medición, quite el open del puerto dos y la carga de banda ancha del puerto uno y transfiera la carga de banda ancha del puerto uno al puerto dos. Coloque la apertura del puerto dos en el puerto uno para evitar las señales de fuga. Y en el puerto dos, seleccione las cargas y escriba la carga de banda ancha N50.Aparecerá un seguimiento. Inserte un estándar de calibración entre los cables conectados a los puertos uno y dos y seleccione hasta medir el estándar de calibración a través. Aparecerán varios seguimientos.Una vez que todos los estándares tienen una marca de verificación por encima de ellos, seleccione siguiente y guarde como usuario CalSet. A continuación, introduzca un nombre para la calibración y haga clic en Guardar. Para comprobar la calibración, conecte un adaptador pasante sin signos evidentes de desgaste a los cables entre los puertos uno y dos y seleccione la respuesta, la escala, la escala y establezca el decibelio por división.Para medir la pérdida de inserción del thru, seleccione el menú de estímulo, el disparador y el único. Aparecerá un solo barrido en todo el rango de frecuencia. Una vez comprobado el paso, seleccione la respuesta, la escala y la escala para devolver el valor por división a 10 decibelios.Para medir S11, seleccione el menú de estímulo, el desencadenador y el único, y seleccione la respuesta, la medida y el S11. Para medir los componentes y las pérdidas del sistema, conecte primero el dispositivo sometido a prueba al VNA y seleccione la respuesta, la medida y el S21. Para medir el dispositivo en prueba, seleccione el menú de estímulo, el desencadenador y el único, y seleccione el archivo y guarde los datos como para guardar los datos como un archivo de seguimiento de formato mostrado que muestra los rastros.Establezca el ámbito en los seguimientos mostrados, el formato en formato mostrado y elija un tipo de función de CSV o s2p que guarde los dos parámetros de puerto S. Para comprobar y analizar los resultados de la prueba de un filtro de paso de banda, seleccione el análisis de marcadores, la búsqueda de marcadores y el máximo para encontrar la pérdida de inserción del filtro. Seleccione el análisis de marcadores, el marcador, el marcador y establezca el estímulo del marcador uno en 1.802 megahercios para establecer la frecuencia central del filtro que se está midiendo.En el menú desplegable, seleccione el marcador dos y marque la casilla de encendido, moviendo la perilla para bajar la frecuencia del marcador al punto que es tres decibelios por debajo de la pérdida medida en la frecuencia central. Seleccione la referencia y marque la casilla de encendido. A continuación, seleccione el marcador tres, marque la casilla de encendido y marque la casilla de marcador delta.A continuación, establezca el estímulo para el marcador tres en el punto en el que el delta tres está más cerca de cero. El ancho de banda de tres decibelios del filtro se mostrará mediante delta tres. Si no se selecciona una calibración manual, seleccione la opción de calibración electrónica y conecte el kit de calibración electrónica a los cables entre los puertos uno y dos.Seleccione la respuesta, la calibración, la calibración de inicio, el asistente de calibración y utilice la calibración electrónica. Seleccione la calibración electrónica de dos puertos y el módulo y la caracterización adecuados y haga clic en Siguiente. A continuación, haga clic en medir para medir los estándares de calibración.Al final de la calibración, haga clic en Guardar como usuario CalSet para guardar los datos de calibración. En este análisis representativo, el filtro se midió después de consultar las especificaciones del fabricante. Como se observó, se identificó la pérdida de inserción, así como los tres puntos de decibelios.Aquí hay una medida de un atenuador de decibelios dañado 10 que se midió para ser menos 22.70 decibelios. A modo de comparación, en esta figura, se puede observar la medición de un buen atenuador de 10 decibelios. Tenga en cuenta que el valor medido está dentro del rango especificado de menos 9,5 a menos 10,5 decibelios en todo el ancho de banda de 1, 700 a 1, 900 megahercios.La pérdida de cable es otra medida importante que se realiza con frecuencia en mediciones de radiofrecuencia. Por ejemplo, en este análisis, la pérdida medida fue menos 1,88 decibelios a una frecuencia de 1.750 megahercios. Asegúrese de comprobar siempre que tiene una buena calibración antes de continuar con las mediciones y verificar los parámetros de medición con la hoja de especificaciones después de medir un dispositivo.El uso de buenas prácticas de medición con un VNA en la mesa de trabajo se traduce en mediciones fiables y precisas en otros dispositivos y en entornos complejos.

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