Что такое векторный анализатор электрических цепей
Краткое вступление
При измерении характеристик активных и пассивных радиоустройств (аттенюаторов, усилителей и пр.), а также свойств различных материалов (поглощение и отражение радиоволн, диэлектрическая постоянная и пр.) широко используются векторные анализаторы электрических цепей. Этот материал поможет получить основные сведения о векторных анализаторах, их разновидностях и решаемых с их помощью задачах.
Общая информация
Векторный анализатор электрических цепей – это прибор, который измеряет характеристики прохождения сигнала через тестируемое устройство и характеристики отражения сигнала от его портов. Эти характеристики называются S-параметрами. Для двухпортовых устройств характеристика отражения от первого порта называется S11, характеристика передачи в прямом направлении называется S21, характеристика передачи в обратном направлении называется S12 и характеристика отражения от второго порта называется S22.
Каждый S-параметр содержит амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-частотную (ФЧХ) характеристики тестируемого устройства в соответствующем направлении. Существует много стандартных способов отображения измеренных S-параметров на экране векторного анализатора электрических цепей. Вы сами можете выбирать, в каком виде просматривать результаты: в виде графика КСВ или обратных потерь от частоты, диаграммы Смита, амплитуды, фазы, вносимого затухания или усиления, групповой задержки и др.
В качестве примера, на этом рисунке показан экран векторного анализатора Anritsu VNA Master серии MS20xxB с результатами измерения характеристик полосового фильтра. Основные параметры фильтра (S11 и S21) представлены на четырёх подробных графиках. Измерения проводились в диапазоне 1,75 - 2,05 ГГц.
Для того, чтобы выполнить измерение, анализатор электрических цепей подаёт на тестируемое устройство синусоидальный сигнал и измеряет сигнал, который отразился и сигнал, который прошёл через устройство. Оба сигнала (отражённый и прошедший) будут отличаться по амплитуде и фазе от тестового синусоидального сигнала. Если анализатор электрических цепей может измерять только амплитуду, то он называется скалярным. Если анализатор может измерять и амплитуду и фазу, то он называется векторным. Практически все современные анализаторы электрических цепей являются векторными, так как именно векторный анализатор позволяет наиболее полно измерить характеристики тестируемого устройства в заданном диапазоне частот.
На этом рисунке в упрощённой форме показано как работает векторный анализатор электрических цепей в режиме измерения передаточной характеристики в прямом направлении (S21). На тестируемое устройство подаётся опорный (эталонный) синусоидальный сигнал с известной амплитудой и фазой. После того, как сигнал пройдёт через тестируемое устройство, его амплитуда и фаза изменятся. Далее, детектор амплитуды и фазы определяет насколько отличается амплитуда и фаза измеряемого сигнала от опорного. Таким образом определяются характеристики тестируемого устройства на одной частоте. При измерении в диапазоне частот, векторный анализатор цепей многократно изменяет частоту опорного сигнала в заданных Вами пределах. Конечно, это сильно упрощённое описание, но принцип работы иллюстрирует хорошо.
Для чего используются векторные анализаторы цепей
Для чего нужны векторные анализаторы электрических цепей? Есть три задачи, которые они решают.
Основная задача – это измерение характеристик активных и пассивных радиоустройств, таких как: аттенюаторы, усилители, фильтры, антенны, фидеры, волноводы, преобразователи частоты и многие другие компоненты, используемые в различных схемах. Без преувеличения можно сказать, что векторные анализаторы цепей являются одним из важных факторов развития современных телекоммуникаций.
Вторая задача – это измерение уровня поглощения и отражения радиоволн от различных материалов, например элементов конструкции самолётов или ракет, специальных покрытий и красок. Для выполнения этого вида измерений, к портам анализатора цепей необходимо подключить передающую и приёмную антенны. На фотографии ниже показан пример измерения эффективной площади отражения радиоволн тестового образца (находится в верхней-левой части фотографии). Измерение выполняется с помощью векторного анализатора Anritsu VNA Master серии MS20xxC.
Третья задача – это измерения в пищевой, химической и медицинской промышленности. Благодаря своей возможности измерять диэлектрическую постоянную, добротность и тангенс угла потерь различных веществ, векторные анализаторы цепей применяются для измерения влажности зерна, качества нефти и множества других важных параметров, которые, на первый взгляд, никак не связаны с радиоизмерениями.
Какие бывают векторные анализаторы электрических цепей
Классический векторный анализатор - это функциональный, точный и дорогой прибор в стандартном лабораторном исполнении, к примеру, известная серия VectorStar компании Anritsu, содержащая двухпортовые и четырёхпортовые анализаторы с частотным диапазоном более 100 ГГц. На этой фотографии показан внешний вид четырёхпортовой модели VectorStar ME7838. Для подключения к объекту измерения использован набор специальных кабелей и высокочастотных адаптеров.
К приборам средней категории относятся компактные анализаторы серии ShockLine с верхним частотным диапазоном от 4 до 40 ГГц, выпускаемые в небольших, удобных корпусах. Они идеально подходят для решения большинства практических задач в лаборатории. Для управления работой этих анализаторов, обработки и отображения результатов измерений, используется персональный компьютер. На этой фотографии показан внешний вид модели ShockLine MS46322A с частотным диапазоном до 40 ГГц.
Если есть необходимость в проведении измерений, как в лаборатории, так и на удалённом объекте, очень удобно использовать портативные приборы, например переносной анализатор Anritsu VNA Master MS2038C, объединяющий в одном корпусе двухпортовый векторный анализатор цепей с частотой до 20 ГГц и полноценный анализатор спектра также до 20 ГГц. Ну а для случаев с минимальным бюджетом, производятся эконом серии с одним или двумя портами, например Anritsu MS20xxB или Pico Technology PicoVNA.
Видеообзор с базовой информацией по векторным анализаторам цепей
В этом видеосюжете мы рассмотрим общую информацию о том, что такое векторные анализаторы электрических цепей, расскажем про их разновидности, а также для чего они нужны и как используются.
Дополнительная информация по этой теме
Мы специально не перегружали эту статью техническими деталями устройства векторных анализаторов электрических цепей и подробным описанием их опций. Всё это Вы можете подробно прочитать на страницах отдельных серий векторных анализаторов цепей. А чтобы глубоко разобраться в этом вопросе и повысить свой профессиональный уровень, изучите документы по базовой теории анализа параметров электрических цепей. Отдельная статья, в которой рассказано как калибровать анализатор цепей, находится здесь, а руководство по выбору необходимых для его работы аксессуаров находится здесь.
Если Вам необходима подробная информация по ценам или техническая консультация по выбору оптимального анализатора для Вашей задачи, просто позвоните нам или напишите нам по E-mail и мы с радостью ответим на Ваши вопросы.
