Что такое сетевой анализатор?

Что такое сетевой анализатор?

Сетевой анализатор — это испытательный прибор, который оценивает сетевые характеристики тестируемого устройства (DUT). Это делается путем измерения определенных ключевых S-параметров в многопортовых сетях.

В частности, он может измерять затухание и импеданс входного сигнала DUT. В частности, он может оценивать высокочастотные характеристики электронных компонентов и т. д. и имеет широкий спектр применения, включая возможность выполнять измерения на передающих устройствах. Такие измерения можно проводить в микроволновых системах, обычных сетях Wi-Fi, корпоративных сетях, базовых соединениях «компьютер-компьютер» и даже в крупномасштабных сетях сотовой связи.

Выход сетевого анализатора представлен S-параметром (параметром рассеяния), который определяет физические величины, известные как прямое отражение (S11), прямая передача (S21), обратная передача (S12) и обратное отражение (S22). Это обычно происходит в случае с 2-портовой сетью, но тестируемые устройства или соединения могут иметь более 2 портов. Независимо от ситуации в сети, правильный сетевой анализатор должен быть выбран в соответствии с количеством имеющихся портов. Это базовая предпосылка, но она важна, если необходимо точно рассчитать параметры отражения и потерь.

Применение сетевых анализаторов

Сетевые анализаторы в целом подразделяются на скалярные сетевые анализаторы и векторные сетевые анализаторы (VNA), из которых векторные сетевые анализаторы (VNA), которые предоставляют не только амплитудную информацию, но и фазовую информацию, имеют более широкий спектр применения.

Преимущества сетевых анализаторов для высокочастотных приложений используются при разработке согласующих схем для высокочастотных усилителей. Здесь проектирование основано на точных S-параметрах для каждого усилителя, антенны и/или фильтра.

Во многих случаях сетевой анализатор также используется для оценки согласования импеданса. Это связано с тем, что несоответствие импеданса в линиях передачи каждого устройства или кабеля в сети высокочастотной схемы обработки может привести к потере мощности или искажению сигнала.

Принципы сетевых анализаторов

Сетевой анализатор оснащен источником сигнала, разделителем сигнала, направленным ответвителем и не менее чем тремя приемниками.

• Источник сигнала                                                 
  Источник сигнала подает сигнал в систему и питается модулем синтезатора.

• Разделитель сигнала                                                
  Разделитель сигнала использует резистивный разветвитель для разделения входного сигнала на сигналы схемы и приемники. (опорный сигнал R).
• Направленный ответвитель                                        
  Направленный ответвитель отделяет входную волну от отраженной волны, которая измеряется на приемнике (опорный сигнал A).

Выходной сигнал DUT измеряется на третьем приемнике (сигнал передачи B). Оценка выполняется путем сравнения сигналов (например, S11 определяется как A/R, а S21 как B/R).

Точное измерение сетевого анализатора обеспечивается точной калибровкой. Для калибровки используется стандартное устройство с известными характеристиками. Обычно используемый метод калибровки — метод SOLT, в котором стандарт короткого замыкания, открытого замыкания и нагрузки подключается к опорной плоскости в прямом соединении (через).

Поскольку это очень точное измерение, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать ошибок измерения в различных аспектах, таких как момент затяжки разъема, температура окружающей среды, входной сигнал, стабильность кабеля и т. д.

Другая информация о сетевых анализаторах

1.  Базовые знания сетевых анализаторов  

Существует два типа сетевых анализаторов: векторные сетевые анализаторы (VNA) и скалярные сетевые анализаторы. Векторные сетевые анализаторы широко используются в наши дни.

Сетевые анализаторы имеют метод измерения изменений амплитуды в измерениях пропускания и отражения, называемый S-параметрами. S-параметры также называются S-матрицами, и для их определения существует система нумерации. Схема нумерации следующая: «Sij i=выходной порт, j=входной порт», где S11 представляет коэффициент сигнала, падающего на порт 1, который был передан на порт 1, S12 представляет коэффициент сигнала, падающего на порт 2, который передан на порт 1.

Параметр S можно измерить с помощью измерительного прибора VNA. Однако VNA необходимо откалибровать с использованием нескольких методов калибровки перед измерением.

Основной метод калибровки VNA заключается в использовании трех стандартных инструментов. Широко известные методы калибровки включают метод калибровки SOLT, метод калибровки UnKnown Thru и метод калибровки TRL, описанные выше.

2. Об измерении импеданса

Импеданс является важным параметром, используемым для характеристики электронных схем, электронных компонентов и электронных материалов. Это величина сопротивления переменному току (AC), который прерывает цепь или другое устройство на определенной частоте. Существуют различные типы методов измерения импеданса, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Метод измерения должен быть выбран с учетом требуемого для измерения диапазона частот и условий сопротивления и реактивности диапазона измерения импеданса. Методы измерения включают мостовой метод, резонансный метод, метод I-V, метод анализа сети, метод анализа сети во временной области и метод автоматического сбалансированного моста.

В качестве примера поясняется метод моста. Преимуществами метода моста являются его высокая точность (около 0,1%), его способность охватывать широкий диапазон частот с помощью нескольких измерительных приборов и его низкая стоимость. С другой стороны, один из недостатков метода моста заключается в том, что он требует операции балансировки, и один блок может охватывать только узкий диапазон частот. Диапазон частот измерения метода моста составляет приблизительно 300 МГц постоянного тока.

3. Тенденции в расширении частот

Максимальное расширение частот сетевых анализаторов теперь распространяется на суб-ТГц диапазон (220 ГГц). Это связано с тем, что прогнозируется, что стандарт связи следующего поколения, 6G, скорее всего, будет использовать диапазон 140 ГГц, известный как D-диапазон.

Однако из-за своей высокой частоты суб-ТГц диапазон подвержен ошибкам электрической длины, паразитным элементам и другим разрывам измерений, что делает общую точность калибровки, включая точность наконечников и кабелей радиочастотных зондов, чрезвычайно важной.

В действительности диапазон частот, который можно откалибровать за один раз, часто ограничен, и производители соревнуются в разработке простых в использовании измерительных приборов, включая обработку данных между калибровками и добавление расширителей частоты, предназначенных для диапазона миллиметровых волн.

4. Добавление функции оценки модулированной мощности и т. д.

Вообще говоря, сетевые анализаторы используются для оценки импеданса DUT и S-параметров, которые представляют собой малые сигналы. Поэтому постепенно выпускаются модели, которые позволяют сетевым анализаторам выполнять анализ модуляции, который в основном выполняется обычными анализаторами спектра. С развитием беспроводных технологий возможность исследования сложных диапазонов радиочастот становится важной функцией, которую стоит интегрировать в сетевой анализатор.

В будущем сетевые анализаторы будут использоваться не только для оценки импеданса и S-параметров, но и для оценки коммутаторов, фильтров, высокочастотных (ВЧ) усилителей, малошумящих усилителей (МШУ) и других входных радиочастотных трактов, включая анализ больших сигналов и анализ модуляции.