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So kalibrieren Sie einen Vector Network Analyzer, VNA

So kalibrieren Sie einen Vector Network Analyzer, VNA

Die Kalibrierung ist ein zentrales Thema für alle Testgeräte, um sicherzustellen, dass die gemessenen Werte innerhalb der festgelegten Grenzen liegen.

Für einen HF-Vektornetzwerkanalysator ist die Kalibrierung besonders wichtig. Das Testinstrument selbst muss nicht nur einer formellen Periodenkalibrierung unterzogen werden, um sicherzustellen, dass das Gerät selbst innerhalb der Herstellergrenzen arbeitet, sondern es muss auch eine Benutzerkalibrierung durchgeführt werden.

Diese benutzer- oder systematische Kalibrierung ist erforderlich, um sicherzustellen, dass die Auswirkungen von Kabeln, Steckverbindern usw. aufgehoben werden, bevor die Messungen des zu testenden Geräts mit dem Vektornetzwerkanalysator VNA durchgeführt werden.

Regelmäßige Gerätekalibrierung

Wie bei jedem anderen elektronischen Testgerät muss bei einem HF-Netzwerkanalysator das Gerät kalibriert werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass Ergebnisse innerhalb der in seinem Datenblatt angegebenen Parameter erzielt werden.

Da sich alle Prüfgeräte im Laufe der Zeit ändern, müssen sie anhand von Standards kalibriert werden, die auf die international vereinbarten Standards zurückgeführt werden können.

Spezialisierte Kalibrierlabors können dies durchführen. Für jedes Test- und Entwicklungslabor für die Elektronik ist es eine wichtige Anforderung, dass alle Testgeräte regelmäßig kalibriert werden. Normalerweise berät der Gerätehersteller über die empfohlenen Kalibrierungszeiträume.

Systematische Benutzerkalibrierung

Eine der Hauptaktivitäten, die vor der Verwendung eines Vektornetzwerkanalysators durchgeführt werden muss, ist die Kalibrierung des gesamten Systems.

Kabel, Steckverbinder, die Prüfvorrichtung und dergleichen führen zu systematischen Fehlern im System und müssen vor der Verwendung des VNA-Netzwerkanalysators auf Null gesetzt werden, damit korrekte Messungen durchgeführt werden können.

Zu den Fehlern im System gehören:

  • Reflexionsverlust Infolge geringfügiger Fehlanpassungen kommt es aufgrund der Reflexionen zu einem gewissen Verlust.
  • Durch die Leitungen eingeführte Phasendifferenzen Alle Leitungen haben eine elektrische Länge, die durch Ausführen der Benutzerkalibrierung berücksichtigt werden kann.
  • Übertragungsverlust Die Kabel oder andere Mittel zur Energieübertragung vom VNA-Netzwerkanalysator zum zu testenden Gerät führen zu Verlusten. Da die Frequenzen sehr hoch sein können, kann dieser Verlust spürbar sein, und selbst wenn er klein ist, kann er die Ergebnisse verändern.
  • Richtwirkung an Port 1 Fehler aufgrund der Richtwirkung an Port 1.
  • Quellenübereinstimmung an Port 1 Die Tatsache, dass die Quelle nicht perfekt zum Feeder passen kann, kann zu einer Messunsicherheit führen, und selbst wenn diese klein ist, muss sie berücksichtigt werden.
  • Lastanpassung an Port 2 So gut eine Ladung auch sein mag, es wird nie eine perfekte Übereinstimmung geben.
  • Übersprechen Ein Teil des Signals umgeht das zu testende Gerät und überträgt es von seinem Eingang zum Ausgang, ohne das Gerät zu passieren. Unabhängig davon, wie stark das System überprüft wird, umgeht ein Signal das zu testende Gerät.

Durch die Kalibrierung des VNA-Netzwerkanalysatorsystems vor der Verwendung können diese Fehler praktisch beseitigt werden. Dies ist normalerweise sehr einfach zu erreichen. Oft führt ein Benutzer vor jeder Messung eine Benutzerkalibrierung des Systems durch, da sich die Phasen ändern können, sich die Kabelführung ändern kann und dies alles zu Unterschieden führen kann, die auf Null gesetzt werden müssen.

Bei Verwendung sehr hoher Frequenzen kann bereits das Bewegen der Kabel zu Änderungen führen. Selbst wenn hochwertige phasenstabile Kabel verwendet werden, können kleine Unterschiede festgestellt werden, die die Testergebnisse mit dem HF-Netzwerkanalysator ändern können.

Je nach Testsystem und Anwendung müssen möglicherweise einige unterschiedliche Techniken angewendet werden. Durch das Verständnis der verschiedenen verfügbaren Techniken kann die schnellste und genaueste Kalibrierung erreicht werden.

Der erste Schritt bei der Benutzerkalibrierung eines HF-Netzwerkanalysators besteht darin, einige einfache visuelle Überprüfungen und Aktionen durchzuführen:

  • Überprüfen Sie die Anschlüsse: Es ist wichtig, dass die mit dem Vektornetzwerkanalysator verwendeten Anschlüsse in keiner Weise beschädigt werden. Bei wiederholtem Gebrauch kann es selbst bei den vorsichtigsten Benutzern zu Verschleiß und Beschädigungen kommen. Die Steckverbinder müssen auf Schmutz und Anzeichen von Verschleiß oder Beschädigung untersucht werden. Wenn etwas verdächtig ist, sollte es ersetzt werden.
  • Steckverbinder reinigen: Auch wenn kein Schmutz zu sehen ist, lohnt es sich, den HF-Stecker zu reinigen, um verborgenen Schmutz zu entfernen. Bei hohen Frequenzen können bereits geringe Schmutzmengen große Probleme verursachen. Druckluft ist der beste Weg, um dies zu erreichen. Es sollte weniger als etwa 50 psi betragen, da es sonst selbst Schäden verursachen kann. Isopropylalkohol kann zusätzlich zum Entfernen von Fett verwendet werden, jedoch nicht mit einem Tuch auftragen, da dies kleine Fasern hinterlassen kann.
  • Verbinden Sie die Anschlüsse mit dem System: Achten Sie beim Anschließen der Steckverbinder an das VNA-System darauf, nur den äußeren Teil des Steckverbinders zu verschrauben, der für eine Schraubwirkung vorgesehen ist. Lassen Sie die Mitte eingezogen. Obwohl es manchmal verlockend ist, den gesamten Stecker zu drehen, tun Sie dies niemals, da dies zu übermäßigem Verschleiß und Schäden an der Präzisionsinnenseite führen kann.
  • Mit Drehmomentschlüssel festziehen: Verwenden Sie beim Anziehen der Steckverbinder immer einen Drehmomentschlüssel, um sicherzustellen, dass die richtige Dichtheit erreicht wird, ohne zu fest anzuziehen, was zu einer Beschädigung der Steckverbinder führen kann. Achten Sie darauf, die Anschlüsse am Vektornetzwerkanalysator selbst nicht zu beschädigen, da deren Austausch sehr kostspielig ist.

VNA-Benutzerkalibrierungstechniken

Es gibt verschiedene Techniken, die für die Benutzerkalibrierung eines VNA-Netzwerkanalysesystems verwendet werden können.

Die gewählte VNA-Benutzerkalibrierungstechnik hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, einschließlich des verwendeten Systems, der erforderlichen Genauigkeit im Verhältnis zur benötigten Zeit usw.

  • SOLT: Das Akronym SOLT Standards für: Short, Open, Load, Through. Dies ist eine der einfachsten Methoden zum Kalibrieren eines HF-Vektornetzwerkanalysators. Um diese Form der VNA-Netzwerkanalysator-Benutzerkalibrierung durchzuführen, sind bekannte Standards mit einem Kurzschluss, einem offenen Stromkreis, einer Präzisionslast (normalerweise 50 Ohm) und einer Durchgangsverbindung erforderlich.

    Diese Form der Benutzerkalibrierung ist für Wellenleitermessungen weniger geeignet, da es schwierig ist, einen offenen Stromkreis oder eine Last zu erhalten.

  • TRL: Diese Abkürzung steht für Through Reflect Line und ist eine Form der VNA-Benutzerkalibrierung, die mit nicht koaxialen Systemen wie Vorrichtungen, Wafer-Sonden oder Wellenleitern verwendet werden kann.

    Die TRL-Technik verwendet eine Leitung mit einer entsprechenden charakteristischen Impedanz als Referenzimpedanz, die die Übereinstimmung ersetzt, und ist idealerweise eine Luftleitung. Es ist möglich, eine Luftleitung mit einer charakteristischen Impedanz herzustellen, die präziser ist als die einer festen Übereinstimmung, so dass die Technik eine höhere effektive Richtwirkung liefert und die Übereinstimmung der Testöffnungen verbessert.

  • TOM Diese Technik verwendet vollständig charakterisierte Standards und zusammen ergeben die beiden offenen und übereinstimmenden Ein-Port-Standards vier Gleichungen, die durch vier zusätzliche Gleichungen für den Durchgangsstandard ergänzt werden. Der Anschluss falscher oder fehlerhafter Normen sowie fehlerhafter elektrischer Verbindungen kann sofort nach Abschluss dieser Kalibrierungstechnik erkannt werden.

Zusätzlich zu diesen gibt es noch einige andere Kalibrierungsmethoden, die verwendet werden können.

Kalibrierungsstandards für HF-Netzwerkanalysatoren

Um die Kurzschlüsse, Unterbrechungen und angepassten Lasten usw. bereitzustellen, werden diese Kalibrierungsstandards für Vektornetzwerkanalysatoren, die typischerweise ein Netzwerk mit einem Port und ein Netzwerk mit zwei Ports sind, nach einem sehr hohen Standard hergestellt. Diese haben praktisch ideale Eigenschaften, obwohl sie natürlich geringfügig vom Ideal abweichen, da es sich um echte Gegenstände handelt.

In Anbetracht des Standards, nach dem sie hergestellt wurden, sind sie keine billigen Artikel und werden normalerweise häufig sicher in einer schützenden Holzkiste aufbewahrt. Dies stellt sicher, dass sie nicht ungeschützt auf einer Bank sitzen, auf der sie sehr leicht beschädigt werden können. Diese Kalibrierungsstandards sollten beachtet werden, da sie leicht beschädigt werden können, wenn sie auf einer Bank liegen bleiben.

Angesichts der Tatsache, dass es unmöglich ist, perfekte Kalibrierungsstandards herzustellen, wird dies überwunden, indem dem VNA die Abweichungen der Standards in Bezug auf eine Datendatei zur Verfügung gestellt werden. Dadurch kann der HF-Netzwerkanalysator die Fehler, die selbst bei den Kalibrierungsstandards auftreten würden, erheblich reduzieren. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Vektornetzwerkanalysator die größtmögliche Genauigkeit für seine Testergebnisse liefern kann.

Ein VNA-Kalibrierungskit besteht aus mehreren Elementen:

Die Benutzerkalibrierung ist ein wesentlicher Bestandteil der Verwendung eines HF-Netzwerkanalysators. Indem sichergestellt wird, dass das System ordnungsgemäß kalibriert ist, können die Unsicherheiten, die sich aus den Verbindungen zum zu testenden Gerät ergeben, beseitigt werden. Ohne die Benutzerkalibrierung des Vektornetzwerkanalysators kommen die Längen der Leitungen und Eigenschaften des Gerätehalters usw. in das System, und die tatsächlichen Eigenschaften des zu testenden Geräts gehen verloren.

Schau das Video: LCARA: NanoVNA Use and Calibration (November 2020).