Калібрування векторного аналізатора електричних кіл (VNA): загальна інформація, види калібрування, приклад калібрування за методом SOLT
Короткий вступ
Всі, хто працює з векторними аналізаторами електричних кіл знають, що перед тим як починати вимірювання, аналізатор ланцюгів необхідно відкалібрувати. Точність калібрування безпосередньо впливає на точність всіх наступних вимірювань векторного аналізатора ланцюгів (ВАЦ), тому виконувати її треба грамотно та акуратно.
Правильне калібрування зводить до мінімуму похибки (невизначеності) усієї вимірювальної системи, яка, крім самого аналізатора, зазвичай включає два фазостабільні кабелі і, в деяких випадках, перехідні адаптери. Також під час калібрування визначається місце розташування опорної площини, яка використовуватиметься для всіх вимірювань фази. На цій сторінці детально розказано про різні методи калібрування та показано приклад калібрування ВАЦ Anritsu MS46122A за методом SOLT.
Загальна інформація про типи калібрування векторних аналізаторів електричних кіл
Калібрування ВАЦ - це не проста та відповідальна процедура, яка залежить від частотного діапазону, середовища передачі (коаксіал або хвилевід), конекторів встановлених на об'єкті вимірювання та інших факторів. Усього існує близько десятка різних типів калібрування. До найпоширеніших відносяться: SOLT, SSLT та SSST. При цьому калібрування типів SSLT і SSST зазвичай використовуються в хвилеводних трактах. У коаксіальних трактах на частотах вище 40 ГГц найчастіше використовують тип калібрування SSST, а в затребуваному діапазоні до 40 ГГц зазвичай використовують калібрування типу SOLT. SOLT – це скорочення від чотирьох англійських слів, які позначають: Коротке замикання (Short) – Розрив (Open) – Узгоджене навантаження (Load) та Пряме з'єднання (Thru).
Для калібрування за методом SOLT необхідний набір точних заходів, які випускаються у вигляді окремих елементів або у вигляді суміщених пристроїв, наприклад, калібрувальний елемент Anritsu TOSLNF50A-18, показаний на цій фотографії, з конекторами типу N і частотним діапазоном до 18 ГГц. Дуже важливо, щоб типи конекторів калібрувальних навантажень точно відповідали типу конекторів, встановлених на об'єкті вимірювання. Наприклад, якщо Ви плануєте вимірювати параметри фільтра з конекторами N (мама), то і калібрувати аналізатор необхідно за допомогою навантажень з таким самим конектором.
Підготовка до калібрування за методом SOLT
Процес калібрування ми продемонструємо на прикладі компактного векторного аналізатора електричних кіл Anritsu MS46122A-020 із частотним діапазоном від 1 МГц до 20 ГГц. Керування аналізатором виконується за допомогою комп'ютерної програми Anritsu ShockLine, яка контролює роботу пристрою через інтерфейс USB. Для підключення аналізатора до вимірюваного пристрою використовується два якісні фазостабільні кабелі Anritsu 15NN50-1.0B з частотним діапазоном 18 ГГц. Калібрувальний елемент Anritsu TOSLNF50A-18 також до 18 ГГц, він спеціально призначений для калібрування аналізаторів ланцюгів за методом SOLT і містить чотири прецизійні заходи: Коротке замикання, Розрив, Узгоджене навантаження та Пряме з'єднання.
Перед проведенням калібрування необхідно ввімкнути та прогріти прилад відповідно до рекомендацій фірми-виробника. Для зменшення наступного температурного дрейфу необхідно, щоб на момент калібрування прилад вийшов на робочий режим. Під час прогрівання необхідно підготувати все, що потрібно для вимірювання. Переконайтеся, що конектори всіх пристроїв, що підключаються, не пошкоджені і не містять бруду і пилу.
При з'єднанні кабелів та адаптерів між собою слідкуйте, щоб центральні контакти роз'ємів не проверталися щодо один одного. Обертайте сполучні гайки, а не самі роз'єми. Якщо не дотримуватись цього правила, то від взаємного тертя центральні контакти дуже швидко виходять з ладу. Також уникайте надмірного затягування роз'ємів. Не використовуйте для затягування звичайні гайкові ключі. Акуратно з'єднуйте все руками або використовуйте спеціальний ключ із нормованим зусиллям затягування. Такі ключі випускаються для найпоширеніших типів роз'ємів: N, K та інших.
Виконання калібрування аналізатора Anritsu MS46122A-020 за методом SOLT
На скріншоті показано головне вікно програмного забезпечення Anritsu ShockLine, яке використовується для управління роботою векторного аналізатора ланцюгів Anritsu MS46122A. Перед початком калібрування рекомендується виконати скидання налаштувань програми за допомогою кнопки Preset. Після скидання налаштувань у вихідний стан, необхідно задати початкову та кінцеву частоту діапазону, в якому калібруватимемо, а також кількість точок вимірювання. У цьому прикладі ми будемо калібрувати прилад в діапазоні від 1 МГц до 18 ГГц з кількістю точок 1001.
В принципі діапазон частот і кількість точок калібрування залежатиме від Ваших завдань. Якщо протягом робочого дня Ви плануєте проводити різні виміри на різних частотах, то є сенс виконати калібрування у всьому діапазоні з максимальною кількістю точок, хоча таке калібрування займає більше часу. Якщо ви вимірюватимете в невеликому і заздалегідь відомому діапазоні частот, то можете калібрувати аналізатор саме в цьому діапазоні з невеликою кількістю точок. 1000 точок для більшості завдань буде достатньо. Таке калібрування виконується набагато швидше, але для вимірювань на частотах поза цим діапазоном, калібрування доведеться виконати ще раз.
Для виконання калібрування необхідно здійснити сім підключень та провести сім вимірів параметрів еталонних заходів у такій послідовності:
1. Заходимо до калібрування порту 1.
2. Підключаємо до кабелю порту 1 елемент Open (розрив). Натискаємо кнопку Open.
3. Підключаємо до кабелю порту 1 елемент Short (коротке замикання). Натискаємо кнопку Short.
4. Підключаємо до кабелю порту 1 елемент Load (узгоджене навантаження). Натискаємо кнопку Load.
5. Заходимо до калібрування порту 2.
6. Підключаємо до кабелю порту 2 елемент Open (розрив). Натискаємо кнопку Open.
7. Підключаємо до кабелю порту 2 елемент Short (коротке замикання). Натискаємо кнопку Short.
8. Підключаємо до кабелю порту 2 елемент Load (узгоджене навантаження). Натискаємо кнопку Load.
9. Підключаємо та вимірюємо Пряме з'єднання.
10. У вікні натискаємо ОК, щоб програма виконала всі розрахунки.
Після виконання цих десяти пунктів треба натиснути кнопку Done. Статус калібрування зміниться на ON (включено) і в нижній частині вікна з'явиться зелений індикатор CORR, що означає, що калібрувальні дані використовуються та всі виміри коректні. Після цього можна від'єднати калібрувальний елемент.
Після виконання такого калібрування, Ви зможете з максимальною точністю вимірювати параметри будь-яких пристроїв: фільтрів, атенюаторів, підсилювачів, перехідників та ін. Зверніть увагу, що об'єкт вимірювання необхідно підключати безпосередньо до кінців фазостабільних кабелів, до яких підключався калібрувальний елемент. Якщо для підключення Ви будете використовувати будь-який адаптер або додатковий кабель, всі його параметри (амплітудні і фазові) додадуться до параметрів об'єкта вимірювання. Якщо Вам все ж таки необхідно використовувати додатковий адаптер, то для виключення його впливу на результати вимірювання існує спеціальна процедура.
Відео повного двопортового калібрування векторних аналізаторів ланцюгів за методом SOLT
У цьому відеосюжеті докладно показано, як виконувати калібрування ВАЦ за методикою, зазначеною вище. Процес калібрування демонструється з прикладу компактного векторного аналізатора ланцюгів Anritsu MS46122A з частотним діапазоном від 1 МГц до 20 ГГц. Показано сім підключень та вимірювань параметрів еталонних заходів, а також всі необхідні дії в програмі Anritsu ShockLine.
Додаткова інформація на цю тему
Ми спеціально не перевантажували цю статтю технічними деталями виконання різних типів калібрування векторних аналізаторів електричних ланцюгів (ВАЦ), які залежать від частотного діапазону та середовища передачі (коаксіал, хвилевід, мікросмужкова лінія тощо). Все це Ви можете детально прочитати в розділі базової теорії аналізу параметрів електричних кіл. Якщо Ви новачок, то загальну інформацію щодо ВАЦ дивіться у статті: що таке векторний аналізатор електричних кіл. Різні моделі сучасних ВАЦ зібрані тут, а посібник з вибору необхідних їх 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.