Що таке векторний аналізатор електричних ланцюгів
Короткий вступ
При вимірі характеристик активних і пасивних радіопристроїв (атенюаторів, підсилювачів та ін.), а також властивостей різних матеріалів (поглинання та відображення радіохвиль, діелектрична постійна та ін.) широко використовуються векторні аналізатори електричних кіл. Цей матеріал допоможе отримати основні відомості про векторні аналізатори, їх різновиди і задачі, що вирішуються з їх допомогою.
Загальна інформація
Векторний аналізатор електричних ланцюгів – це прилад, який вимірює характеристики проходження сигналу через пристрій, що тестується, і характеристики відображення сигналу від його портів. Ці характеристики називаються S-параметрами. Для двопортових пристроїв характеристика відбиття від першого порту називається S11, характеристика передачі у прямому напрямку називається S21, характеристика передачі у зворотному напрямку називається S12 і характеристика відбиття від другого порту називається S22.
Кожен S-параметр містить амплітудно-частотну (АЧХ) і фазо-частотну (ФЧХ) характеристики пристрою, що тестується у відповідному напрямку. Існує багато стандартних способів відображення виміряних S параметрів на екрані векторного аналізатора електричних кіл. Ви самі можете вибирати, в якому вигляді переглядати результати: у вигляді графіка КСВ або зворотних втрат від частоти, діаграми Сміта, амплітуди, фази, загасання або посилення, групової затримки та ін.
Як приклад, на цьому малюнку показаний екран векторного аналізатора Anritsu VNA Master серії MS20xxB з результатами виміру характеристик смугового фільтра. Основні параметри фільтра (S11 та S21) представлені на чотирьох докладних графіках. Вимірювання проводилися в діапазоні 1,75 – 2,05 ГГц.
Для того, щоб виконати вимірювання, аналізатор електричних кіл подає на тестований пристрій синусоїдальний сигнал і вимірює сигнал, який відбився і сигнал, який пройшов через пристрій. Обидва сигнали (відбитий і минулий) відрізнятимуться за амплітудою та фазою від тестового синусоїдального сигналу. Якщо аналізатор електричних кіл може вимірювати лише амплітуду, він називається скалярним. Якщо аналізатор може вимірювати амплітуду і фазу, то він називається векторним. Практично всі сучасні аналізатори електричних кіл є векторними, тому що саме векторний аналізатор дозволяє найбільш повно виміряти характеристики пристрою, що тестується в заданому діапазоні частот.
На цьому малюнку у спрощеній формі показано, як працює векторний аналізатор електричних ланцюгів у режимі вимірювання передавальної характеристики у прямому напрямку (S21). На пристрій, що тестується, подається опорний (еталонний) синусоїдальний сигнал з відомою амплітудою і фазою. Після того, як сигнал пройде через пристрій, що тестується, його амплітуда і фаза зміняться. Далі, детектор амплітуди та фази визначає наскільки відрізняється амплітуда та фаза вимірюваного сигналу від опорного. Таким чином визначаються характеристики пристрою, що тестується на одній частоті. При вимірі в діапазоні частот векторний аналізатор ланцюгів багаторазово змінює частоту опорного сигналу в заданих Вами межах. Звичайно, це дуже спрощений опис, але принцип роботи добре ілюструє.
Для чого використовуються векторні аналізатори ланцюгів
Навіщо потрібні векторні аналізатори електричних кіл? Є три завдання, які вони вирішують.
Основне завдання – це вимірювання характеристик активних та пасивних радіопристроїв, таких як: атенюатори, підсилювачі, фільтри, антени, фідери, хвилеводи, перетворювачі частоти та багато інших компонентів, що використовуються в різних схемах. Без перебільшення можна сказати, що векторні аналізатори ланцюгів є одним із важливих факторів розвитку сучасних телекомунікацій.
Друге завдання – це вимірювання рівня поглинання та відображення радіохвиль від різних матеріалів, наприклад, елементів конструкції літаків або ракет, спеціальних покриттів і фарб. Для виконання цього виду вимірювань до портів аналізатора ланцюгів необхідно підключити передавальну та приймальну антени. На фотографії нижче показаний приклад вимірювання ефективної площі відображення радіохвиль тестового зразка (перебуває у верхній-лівій частині фотографії). Вимірювання виконується за допомогою векторного аналізатора Anritsu VNA Master серії MS20xxC.
Третє завдання – це вимірювання у харчовій, хімічній та медичній промисловості. Завдяки своїй можливості вимірювати постійну діелектричну, добротність і тангенс кута втрат різних речовин, векторні аналізатори ланцюгів застосовуються для вимірювання вологості зерна, якості нафти і безлічі інших важливих параметрів, які, на перший погляд, ніяк не пов'язані з радіовимірюваннями.
Які бувають векторні аналізатори електричних кіл
Класичний векторний аналізатор - це функціональний, точний та дорогий прилад у стандартному лабораторному виконанні, наприклад, відома серія VectorStar компанії Anritsu, що містить двопортові та чотирипортові аналізатори з частотним діапазоном більше 100 ГГц. На цій фотографії показано зовнішній вигляд чотирипортової моделі VectorStar ME7838. Для підключення до об'єкта вимірювання використано набір спеціальних кабелів та високочастотних адаптерів.
До приладів середньої категорії належать компактні аналізатори серії. ShockLine з верхнім частотним діапазоном від 4 до 40 ГГц, що випускаються у невеликих, зручних корпусах. Вони ідеально підходять для вирішення більшості практичних завдань у лабораторії. Для управління роботою цих аналізаторів, обробки та відображення результатів вимірювань використовується персональний комп'ютер. На цій фотографії показаний зовнішній вигляд моделі ShockLine MS46322A із частотним діапазоном до 40 ГГц.
Якщо є необхідність у проведенні вимірювань, як у лабораторії, так і на віддаленому об'єкті, дуже зручно використовувати портативні прилади, наприклад, переносний аналізатор Anritsu VNA Master MS2038C, що об'єднує в одному корпусі двопортовий векторний аналізатор ланцюгів із частотою до 20 ГГц та повноцінний аналізатор спектру також до 20 ГГц. Ну а для випадків з мінімальним бюджетом, виробляються економ серії з одним або двома портами, наприклад Anritsu MS20xxB або Pico Technology PicoVNA.
Відеоогляд з базовою інформацією щодо векторних аналізаторів ланцюгів
У цьому відеосюжеті ми розглянемо загальну інформацію про те, що таке векторні аналізатори електричних ланцюгів, розповімо про їх різновиди, а також для чого вони потрібні і як використовуються.
Додаткова інформація на цю тему
Ми спеціально не перевантажували цю статтю технічними деталями пристрою векторних аналізаторів електричних кіл та докладним описом їх опцій. Все це Ви можете детально прочитати на сторінках окремих серій векторних аналізаторів ланцюгів. А щоб глибоко розібратися в цьому питанні та підвищити свій професійний рівень, вивчіть документи щодо базової теорії аналізу параметрів електричних кіл. Окрема стаття, в якій розказано, як калібрувати аналізатор ланцюгів, знаходиться тут, а посібник з вибору необхідних його роботи аксесуарів перебуває тут.
Якщо Вам потрібна докладна інформація щодо цін або технічна консультація щодо вибору оптимального аналізатора для Вашого завдання, просто зателефонуйте нам або напишіть нам по Електронна пошта і ми з радістю відповімо на Ваші запитання.
