Mühendislik zordur. RF mühendisliği daha da zordur. Karmaşık kavramlar, tonlarca terminoloji - aşırı bilgi yüklemesi. En basit soruların bile karmaşık cevapları vardır, bu da öğrenmeye nasıl başlayacağınızı bilmeyi zorlaştırır.
Ama endişelenmeyin, doğru yerdesiniz. "VNA SSS" blog serisinin üçüncü bölümüne hoş geldiniz! Bu serinin her blogunda, birbiriyle ilişkili, yaygın VNA sorularına küçük yanıtlar vereceğim. Bugün, aşağıdakiler de dahil olmak üzere temel ağ analizörü özelliklerine bir göz atacağız:
- frekans aralığı
- dinamik aralık
- çıkış gücü
- bağlantı noktası sayısı
- iz gürültüsü
- süpürme süresi
Vektör network analizörleri hem sinyal üreteci hem de alıcı olarak işlev görür, bu nedenle bu altı özellik kesinlikle her şeyi kapsamasa da, mükemmel VNA arayışınıza başlamak için ihtiyacınız olan bağlamı sağlar.
Frekans aralığını neden önemsiyoruz?
Muhtemelen vektör ne analizörünüzün (VNA) frekans aralığının, karakterize etmek istediğiniz cihazın tüm frekans aralığını test etmenize olanak sağladığı için önemli olduğunu tahmin edersintiz. Ve haklısınız da. Yüksek hızlı dijital sistemlerde olduğu gibi geniş bantlı bileşenleri test ediyorsanız, VNA'nızın geniş bant kapsamına ihtiyacınız vardır. "Geniş bant" kesin bir network tanıma sahip olmasa da, bu bağlamda düşük megahertzden gigahertze kadar düşünün.
Test edilen cihazınız (DUT) belirli bir frekans bandında çalışıyorsa, örneğin 6 GHz'e kadar, o zaman en az 6 GHz'e ulaşabilen bir VNA'ya ihtiyacınız vardır. Aslında, 6 GHz'lik bir amplifikatör için mühendisler genellikle DUT'un çalışma bandının dışında kalan sahte harmoniklere bakmak isterler. Bunu yapmak, gerekli durdurma bandı zayıflamasına sahip filtreleri tasarlamalarına veya seçmelerine yardımcı olur. Dolayısıyla, 6 GHz'de çalışan bir amplifikatör için mühendisler 12 veya 18 GHz'e kadar analiz yapabilirler.
Bunu göz önünde bulundurarak, her zaman en yüksek maksimum frekansa sahip VNA'yı mı satın almalısınız? Maksimum 67 GHz, her zaman maksimum 3 GHz'den çok daha iyidir, değil mi? Her mühendislik öğrencisinin bu cevaptan nefret ettiğini biliyorum ama... duruma göre değişir. Biliyorum, özür dilerim! Ama dirgenlerinizi kapmadan önce açıklamama izin verin.
Yüksek frekans yüksek maliyet getirir. Dolayısıyla, yalnızca ihtiyacınız olan frekans aralığı için ödeme yapmalısınız. Gelişmiş milimetre dalga (mmWave) sistemleri veya hatta alt-terahertz teknolojisi geliştiriyorsanız, yüksek frekanslı ekipman almak için yatırım yapmaya değer. Ancak, pazarın kanayan ucunda değilseniz, muhtemelen piyasadaki en yüksek frekans kapsamına ihtiyacınız yoktur. Basitleştirmek gerekirse, genel kural şudur: İhtiyacınız olan VNA frekans aralığını seçerken, DUT'unuzun maksimum çalışma frekansının en az üç ila beş katı maksimum frekansa sahip bir network analizörü edinin.
Dinamik aralığı neden önemsiyoruz?
Mühendisler, DUT yanıtını ölçtükleri güç aralığını dinamik aralık olarak adlandırır.
Şekil 1'de bu özelliğe bakmanın iki farklı yolu gösterilmektedir. Sistem dinamik aralığı, cihaz spesifikasyonları için kullanılan değerdir.
Sistem dinamik aralığı, güçlendirici amplifikasyon veya DUT kazancı olmadan cihazın güç kapasitesini gösterir. Cihazın maksimum kaynak gücü veya çıkış gücü, maksimum güç seviyesi olan Pref'tir.
Alıcı dinamik aralığı, cihazın güç amplifikasyonlu dinamik aralığıdır. Kaynak gücünü maksimum güç seviyesi olarak kullanmak yerine, bu spesifikasyon cihazın alıcılarının ölçebileceği maksimum güce (Pmax) dayanır.
Şekil 1: Sistem ve alıcı dinamik aralığının görsel karşılaştırması.
Esasen dinamik aralık, VNA'nızın çıkış gücünü ve alıcı gürültü tabanı yeteneklerini bir sinyal özelliğinde gösterir. Neden önemsiyorsunuz? Bir filtreyi karakterize ettiğinizi düşünün. Aynı cihazda hem geçiş bandı hem de durdurma bandı yanıtını görmek istiyorsunuz. Bu, ağ analizörü alıcısının gürültü tabanının, filtrenizin çıkış gücünün çok düşük olduğu durma bandı yanıtını güvenilir bir şekilde ölçebilmeniz için yeterince düşük olması gerektiği anlamına gelir.
Bu kavram, amplifikatörler gibi yüksek kazançlı cihazları test ederken de geçerlidir. Yüksek kazançlı bir amplifikatörün S-parametrelerini ölçüyorsanız, yüksek kazançlı amplifikatörün kullanacağı düşük giriş gücünü en iyi şekilde test etmek için düşük bir giriş gücü kullanmak istersiniz (ayrıca çıkış gücü seviyesiyle VNA'ya zarar vermemeye de yardımcı olur). Ancak bu, S11 ölçümünüzün düşük sinyal-gürültü oranına (SNR) sahip olacağı anlamına gelir. Bunun gibi düşük SNR senaryolarında, düşük güç tepkisini yakalayabilmek için düşük bir alıcı gürültü tabanına sahip olmanız faydalı olacaktır.
Şöyle düşünün: DUT'unuzun çalışma frekansını ve 5. dereceden harmoniklerini yakalamak için yeterince yüksek bir frekans aralığı istemenizle aynı nedenle, VNA'nızın düşük güç sinyallerini algılaması için yüksek bir dinamik aralık da istersiniz.
Çıkış gücünü neden önemsiyoruz?
Çıkış gücü, VNA'nızın DUT'a gönderebileceği maksimum gücü gösterir. dBm cinsinden ifade edilir ve çoğu RF iletim hattının karakteristik empedansına uyması için 50 ohm empedansı referans alır.
Mühendisler, ölçüm SNR'sini iyileştirmeye yardımcı olduğu için yüksek çıkış gücüne değer verir. Ayrıca mühendislerin DUT'larının sıkıştırma sınırını belirlemelerine olanak tanır.
Amplifikatörler gibi birçok aktif cihaz, ağ analizörlerinin güç sınırlarını aşan zorlu doğrusal ve doğrusal olmayan yüksek güçlü ölçümler gerektirir. Bu durumda, VNA'nın arka paneline özel bir sinyal jeneratörü bağlar ve cihazınıza ihtiyacınız olan güç seviyesini sağlarsınız.
İz gürültüsünü neden önemsiyoruz?
İz gürültüsü, test sistemindeki rastgele gürültü nedeniyle DUT yanıtlarının üzerine bindirilmiş olarak gördüğünüz gürültüyü tanımlar. Daha yüksek iz gürültüsü, sinyalin daha az düzgün ve hatta titreşimli görünmesine neden olur (Şekil 2).
Şekil 2: Ortalama almadan önce iz gürültüsü.
Mühendisler iz gürültüsünü ya alıcının bant genişliğini düşüren test gücünü artırarak ya da tarama ortalaması alarak azaltırlar (Şekil 3). Geçmişte, network analizörü sentezleyici şemaları çok değişken olduğu için iz gürültüsü daha büyük bir endişe kaynağıydı, ancak çoğu modern VNA çok düşük iz gürültüsü üretir.
Şekil 3: Ortalama alma uygulandıktan sonra iz gürültüsü.
Bağlantı noktası sayısını neden önemsiyoruz?
VNA'nızın en az DUT'unuz kadar porta ihtiyacı vardır. Network analizinin ilk günlerinde, tüm ölçümler 2 portlu S-parametrelerine odaklanmıştı. VNA'ların yetenekleri arttıkça, güç ayırıcıları, mikserleri, diferansiyel cihazları ve daha fazlasını test etme yeteneği 4 portlu VNA'nın evrimine yol açtı. Günümüzde birçok bileşen, tek bir bileşene entegre edilmiş birden fazla işlev içermektedir. Bu bileşenlerdeki bağlantı noktası sayısı, cihaz karmaşıklığıyla birlikte artmaya devam ediyor. Mühendisler dörtten fazla porta sahip cihazları çok portlu cihazlar olarak adlandırmaktadır.
Şekil 4: Bileşen portlarının sayısı cihaz karmaşıklığı ile birlikte artmaya devam etmektedir.
Genellikle çok portlu ölçümler şu durumlarda kullanılır:
- DUT'un içinden geçen birden fazla yol varsa
- Aynı anda birden fazla DUT ölçmek istediğinizde
- Yukarıdaki iki durumun bir kombinasyonuna sahip olduğunuzda
Çok yollu durum için, hem gönderme hem de alma yolunuzun olduğu bir gönderme-alma (T/R) modülü düşünün. Ya da birden fazla farklı kanal kullanan bir verici. Her kanalın, her biri farklı frekanslarda olmak üzere kendi iletim yolu vardır. Her yol test edilecek başka bir bağlantı noktası anlamına gelir.
Nokta tarama süresini neden önemsiyoruz?
Tarama süresi, VNA'nın ölçümleri ne kadar hızlı gerçekleştirdiğini gösterir. Sonuç: Ne kadar hızlı, o kadar iyi. Üretim mühendisleri, çok sayıda DUT'u üretildikleri kadar hızlı test etmek zorunda oldukları için bu spesifikasyona gerçekten önem verirler. Sonuçta zaman paradır.
Ancak tasarım ve geliştirme mühendisleri de süpürme süresini önemser. Bu şekilde düşünün. Bir arama sonucunun çözülmesi veya bir web sayfasının yüklenmesi için birkaç dakika beklemek ister misiniz? RF geliştiricileri de her ölçüm yapmaları gerektiğinde beklemek istemezler.
Tüm testler önceden yapılmalıdır - uydu fırlatıldıktan sonra... geri almak oldukça zordur.
Sadece çok fazla test yapılmakla kalmıyor, aynı zamanda tüm testlerin fırlatmadan önce yapılması gerekiyor, bu nedenle mühendisler her ölçümü son teslim tarihine kadar yetiştirmek zorunda.
Uydu uzayda konuşlandırılacağından, geliştiricilerin test ortamını çok özel, son derece kontrollü -son derece pahalı- koşullar altında tutmaları gerekir.
Bu kısıtlamaları göz önünde bulundurarak tahmin edebileceğiniz gibi, uydu geliştiricileri test hızının kritik öneme sahip olduğunu düşünüyor. Daha yavaş testler değerli zaman ve parayı boşa harcar.
SONUÇ
Mühendisler mükemmel VNA'yı seçerken bir dizi özelliği değerlendirir. Bana inanmıyorsanız, PNA-X network analizörümüzün veri sayfasına göz atın. Ancak arayışınıza başlamak için gerçekten ihtiyacınız olan tek şey bu altı temel özelliktir:
- frekans aralığı
- dinamik aralık
- çıkış gücü
- bağlantı noktası sayısı
- iz gürültüsü
- süpürme süresi
RF mühendisliği alanında öğrenilecek çok şey var. Bazen çok fazla gibi görünüyor. Bunalıp havlu atmak yerine, ücretsiz eğitim kursları ve eğitim kampları için Keysight Üniversitesi'ne göz atın. Ayrıca önceki "VNA SSS" yazılarına, "Giriş" ve "Doğrusal Cihazlar Nedir?" yazılarına da göz atabilirsiniz. Bir sonraki "VNA SSS" blogu için bizi izlemeye devam edin!
