Analyse vectorielle de rseaux avec le MSA

Introduction

Ce guide dcrit l'utilisation du MSA en modes transmission [comme un analyseur de rseaux scalaire (SNA) ou vectoriel (VNA)], ou rflexion. On peut accder toutes les sections en cliquant sur les titres en bleu ci-dessous ou en utilisant l'onglet des signets. La connaissance des procdures de mise en uvre, dcrites dans le Guide d'Utilisation du MSA en Analyseur de Spectre, fait partie des prrequis.

Les premiers chapitres rassemblent des lments auxquels de nombreuses mesures font appel :Montages. Procds lmentaires de connexion d'un DUT au MSA.Montages drivation. Description spcifique de ces montages.Montages srie. Description spcifique de ces montages.Ponts. Description gnrale des rflectomtres.Cal Transmission. talonnage en mode transmission.Cal Rflexion. talonnage en mode rflexion.talons OSL. Ralisation et caractrisation d'talons OSL.Mesures en transmission. Connaissances de base pour la mesure en transmission.Mesures en rflexion. Connaissances de base pour la mesure en rflexion.Dplacement du plan de rfrence. Comment liminer les retards parasites des mesures.

Les chapitres suivants couvrent le contenu du menu Fonctions :Filtre. Analyse de la rponse des filtres.Quartz. Dtermination des caractristiques de quartz en vue de la ralisation de filtres.Mesureur de composants. Le MSA en LCR-mtre.RLC Transmission. Dtermination de modles RLC par mesures en transmission.RLC Rflexion. Dtermination de modles RLC par mesures en rflexion.Coaxiaux. Mesure des caractristiques de coaxiaux et autres lignes de transmission.Gnration de S21. Comment obtenir le S21 de DUT deux ports par la mesure de S11.

Les pages suivantes dcrivent quelques procds de mesure supplmentaires :Coax Z0. Dtermination de l'impdance caractristique de lignes de transmission.Lignes de rfrence. Cration de lignes de rfrence pour l'affichage ou le calcul.

On trouvera enfin quelques informations de rfrence :Le Return Loss (pertes par rflexion). Le Return Loss et quelques notions connexes.Abaque de Smith 1. Connaissances de base sur l'abaque de Smith.Abaque de Smith 2. Courbes circulaires sur l'abaque de Smith.

Montages

Tous modes sauf analyseur de spectre

Voici les trois schmas lmentaires de raccordement d'un support de DUT (Device Under Test, circuit analyser) au MSA utilis en SNA ou VNA. Les attnuateurs peuvent tre externes ou intgrs au support de test. Des amplificateurs tampons peuvent remplacer les attnuateurs pour augmenter la dynamique de mesure.

Le rle principal des attnuateurs est de prsenter au DUT une impdance prcise qui sera appele le R0 du support. Des attnuateurs de construction maison sont bien prfrables des attnuateurs commerciaux dans cette application. R0 peut tre diffrent de 50 ohms si les attnuateurs sont conus pour transformer les impdances.

Le DUT est connect entre la liaison entre-sortie et la masse.

Pour les impdances de 0,1 ohm 1 kohm.

Le DUT est travers par le signal.

Pour les impdances de 3 ohms 100 kohms.

La mesure des quartz s'effectue sur un support srie dont le R0 vaut 12,5 ohms.

En mode transmission, le DUT peut tre muni d'une connexion de masse spare.

Le DUT est connect entre le pont et la masse.

Pour les impdances de 1 ohm 1 kohm.

Normalement rserv la mesure en rflexion, mais un pont de bonne qualit peut s'utiliser en mode transmission (en scalaire comme en vectoriel).

La meilleure prcision du pont est obtenue pour des impdances proches de 50 ohms.

Particularits du montage drivation

Le support drivation peut tre ralis au moyen de deux attnuateurs relis par un T coaxial, le DUT tant reli la troisime branche du T. Il est de la plus haute importance que chaque attnuateur prsente une impdance de 50 ohms au DUT ; cette condition sera remplie de faon satisfaisante en les construisant avec des rsistances de prcision : par exemple, une structure en PI avec des rsistances de valeurs 100, 68 et 100 ohms constituera un attnuateur de 9,6 dB. Avec 120, 49,9, et 120 ohms, on obtiendra 7,7 dB. Tous deux montreront une excellente adaptation en utilisation normale.

Mais les valeurs d'adaptation et d'attnuation sont bases sur une source et une charge de 50 ohms. Dans le montage en drivation, l'attnuateur d'entre voit une charge constitue du DUT en parallle avec l'attnuateur de sortie. Ainsi, si l'impdance du DUT est 0 ohms, la charge sera de 0 ohms. Au travers d'un attnuateur de 7,7 dB, cela constitue un return loss de 15 dB.

La prcision peut tre amliore en cblant les attnuateurs sur un support et en les concevant de manire un peu diffrente. Le schma suivant montre un support drivation comportant des attnuateurs 7,7 dB modifis et dont les rsistances les plus proches du DUT sont remplaces par une rsistance unique.

Ce schma peut amliorer la prcision de faon significative dans le cas de DUT basse impdance, si la source o la charge ont un return loss infrieur 25 dB, car il rduit le ROS entre les attnuateurs et le MSA.

Il est noter qu'en mode rflexion avec talonnage OSL (plutt qu'avec un simple talonnage par rfrence), le problme voqu plus haut est sans importance, car l'talonnage compense les impdances vues par le DUT.

Particularits du montage srie

Le chapitre voquant les supports de montage en drivation donne des valeurs pour les rsistances des attnuateurs de construction maison et indique que le fait de raccorder de simples attnuateurs standards au support de mesure ne produit pas les meilleurs rsultats. Par exemple, dans le cas du montage srie, si l'impdance du DUT est grande, chaque attnuateur voit une charge de valeur leve au lieu des 50 ohms pour lesquels ils sont conus. Ceci provoque une grande diminution du return loss l'extrieur des attnuateurs, donc des rflexions importantes.

Le schma ci-dessous rsout le problme et permet d'atteindre un return loss de 20 dB dans le pire des cas (impdance infinie du DUT).

Le montage officiel permettant de tester les quartz est un montage srie de R0 gal 12,5 ohms dont voici le schma :

Les composants marqus Ck sont destins la compensation et ne sont pas indispensables.

Notons que les faibles valeurs de R3 et R4 rendent le return loss extrieur aux attnuateurs relativement indpendant de l'impdance du DUT. Il en rsulte que ce montage rsout galement le problme voqu plus haut et peut tre utilis pour d'autres mesures que le test de quartz.

Ponts

Les ponts de mesure sont normalement utiliss en rflexion. Ils sont conus pour que leur niveau de sortie soit proportionnel celui du signal rflchi par le DUT. Le coefficient de rflexion est donc le quotient de ce niveau par celui obtenu lorsque le port de connexion du DUT est ouvert (puisque la rflexion serait de 100% dans ce cas). En dB, cette division se traduit par une soustraction.

Leur qualit se mesure par leur directivit, qui est le coefficient de rflexion (en dB) obtenu avec un DUT de 50 ohms (dont le coefficient de rflexion est 0), et par la comparaison avec les rflexions obtenues avec un open (circuit ouvert) et un short (court-circuit) dont les phases ont des amplitudes gales mais de phases opposes. Un pont dont la directivit est bonne et les rflexions open / short bien adaptes peut tre utilis avec un simple talonnage rfrence . Il peut mme, en fait, tre utilis en mode transmission en effectuant une analyse du pont raccord un open et en comparant ce niveau avec celui obtenu avec le DUT raccord. La diffrence est S11.

Le pont actif, construit autour de deux amplificateurs oprationnels, se montre d'une prcision trs leve jusqu' 30 MHz et bonne jusqu' 100 MHz. Il sera utilis avec un talonnage rfrence . Ses composants actifs autorisent une mesure prcise des rflexions avec des pertes minimales.

La plupart des ponts passifs sont construits autour de baluns avec des noyaux en ferrite. Le montage de base, incluant de modestes attnuateurs optionnels d'entre et de sortie, conduit typiquement une perte value entre 14 et 20 dB. Cela signifie que le niveau maximum de sortie (avec un DUT open ou short ), est entre 14 et 20 dB sous le niveau d'entre.

Le pont lignes parallles est un pont passif utilisable de 1 MHz plus de 1 GHz. Sa directivit est excellente sur une large bande, mais son adaptation open / short n'est pas idale. Il peut donc tre utilis, avec un talonnage rfrence , pour la mesure de return losses suprieurs 20 dB, o la directivit est de premire importance. Avec un talonnage OSL, ses performances sont excellentes.

Le pont balun avec perles est encore un pont passif. Sa bande de frquences, plus large, s'tend de quelques 100 kHz (limite pratique infrieure du MSA en mode VNA, de toutes faons), jusqu' 1 GHz. Il est relativement simple construire.

On peut construire des ponts passifs autour de transformateurs, splitters / combiners et coupleurs directifs.

talonnage en mode transmission

Mode transmission, scalaire ou vectoriel

L'talonnage est destin tablir l'amplitude et la phase du signal transmis en l'absence de DUT, ces mesures servant de rfrences celles de la transmission du DUT.

1 Dfinissez la bande de frquences et le filtre de rsolution souhaits.

2 Ouvrez le menu Operating cal Perform Cal (talonnage Effectuer l'talonnage).

3 Pour le montage srie, tablissez une connexion directe la place du DUT. S'il faut compenser la longueur de cette connexion, entrez le retard qu'elle provoque, en ns.

4 Pour le montage drivation, ne mettez rien la place du DUT.

5 Cliquez Perform Band Cal (Effectuer l'talonnage). Le MSA lance un balayage pour mmoriser les donnes de l'talonnage. Au cours de cet talonnage, un dlai minimum (Wait time) de 110 ms est observ, indpendamment du dlai dfini. Toutefois, si celui-ci est suprieur 110 ms, c'est cette valeur qui sera utilise.

6 Si vous souhaitez conserver cet talonnage comme talonnage de base, cliquez sur Save Base Cal (Sauver comme talonnage de Base).

7 Cliquez sur Done. Vous pouvez maintenant raccorder le DUT et cliquer sur Restart.

L'talonnage est effectu avec le port DUT ouvert.

L'talonnage est effectu avec une connexion directe la place du DUT.

talonnage en mode rflexion

Mode rflexion, vectoriel

L'talonnage est destin tablir l'amplitude et la phase du signal rflchi lorsqu'on connecte un ou plusieurs talons. Un talonnage rfrence n'en ncessite qu'un seul. Il en faut trois pour un talonnage OSL complet.

1 - Dfinissez la bande de frquences et le filtre de rsolution souhaits.

2 Ouvrez le menu Operating cal Perform Cal (talonnage Effectuer l'talonnage). Cliquez sur Perform Band Cal (effectuer l'talonnage de la bande), pour ouvrir la fentre d'talonnage du mode rflexion.

3 Choisissez si vous voulez utiliser Reference Calibration (un talon ; gnralement non utilis au-dessus de 150 MHz) ou Full OSL (talonnage complet avec trois talons ; prcision la plus leve)

4 Pour l'talonnage Rfrence, slectionnez le Fixture Type (type de montage). Dans le cas d'un montage drivation, vous pouvez prciser le retard introduit par le connecteur. Un connecteur SMA provoque typiquement un retard de 0,115 ns.

5 Connectez l'talon appropri, et cliquez sur le bouton Effectuer X , o X est le nom de l'talon correspondant. Un talonnage OSL complet ncessitera un balayage pour chacun des trois talons. Un talonnage Rfrence ne rclamera qu'un seul balayage.

6 Pendant les balayages d'talonnage, un dlai minimum (Wait time) de 110 ms est observ, indpendamment du dlai que vous avez dfini. Toutefois, si celui-ci est suprieur 110 ms, c'est cette valeur qui sera utilise.

7 Quand vous avez termin, cliquez sur Done, ce qui vous ramne la fentre de lancement des talonnages (Perform Calibrations). Si vous voulez sauver cet talonnage comme talonnage de base, cliquez sur Save Base Cal (sauver comme talonnage de base).

8 - Cliquez sur Done. Vous pouvez maintenant raccorder votre DUT et cliquer sur Restart.

talons OSL

Il s'agira ici de la construction d'talons compatibles avec le connecteur SMA mle du support de test. Les talons seront donc monts sur des connecteurs femelles comme on peut le voir ci-dessous :

Les pattes de fixation du connecteur femelle sont coupes (on peut ventuellement en garder deux). L'open est ralis en meulant la pinuche centrale au ras de l'arrire du connecteur femelle. Cette pinuche est galement meule presque au ras pour les talons Short et Load. Le short est ralis en soudant l'arrire une pice de laiton (perce en son centre) ; si l'on a pratiqu des encoches dans les angles avec une grignoteuse, la pice en forme de croix se mettra parfaitement en place entre les restes des pattes coupes qui la maintiendront en place pendant le soudage. Le Load est ralis en soudant deux rsistances de 100 ohms en 0805, l'arrire, dans des directions opposes, ou bien quatre rsistances de 200 ohms en 0603.

Il est important de dterminer o se termine le support de test et o commence le DUT. Si l'on a prvu de souder des DUT l'arrire de connecteurs identiques, alors le DUT commence cet endroit. Tout ce qui se trouve avant, y compris l'avant du connecteur de l'talon, fait partie du support de test. Dans ce cas, les talons sont correctement dcrits comme open , short et load sans qu'il soit besoin d'introduire un retard. Le connecteur ne fait pas partie de l'talon. La frontire entre le support de test et le DUT se nomme le plan d'talonnage, ou plan de rfrence (certains font une distinction entre ces deux termes, nous les utiliserons indiffremment).

Si un connecteur est reli au DUT, celui-ci dbute alors au plan de contact. Dans ce cas, nos talons comprennent le connecteur femelle en entier, y compris ce qui se trouve l'arrire. On doit alors dcrire les talons Open et Short comme introduisant un retard, que nous mesurerons en ns. De plus, le Short sera entach de lgres pertes dues l'effet de peau, que l'on dcrira sous la forme d'une rsistance et d'une inductance parallles. Tant que l'impdance caractristique du connecteur est de 50 ohms, l'ensemble connecteur et rsistances de l'talon Load apparatra comme une charge 50 ohms parfaite, et nous n'aurons aucun retard spcifier. On peut accepter un dcalage de la rsistance de quelques diximes d'ohm par rapport aux 50 ohms nominaux tant que la valeur relle est connue.

Lorsqu'on effectue un talonnage OSL, la fentre d'talonnage permet de prciser les caractristiques des talons. Ils peuvent galement tre spcifis comme talons prdfinis ( en dveloppement).

Mesures de base en mode transmission

Mode transmission, scalaire ou vectoriel

Permet de mesurer le coefficient de transmission du DUT, dterminant ainsi s'il introduit un gain ou une attnuation. Le VNA permet de connatre le dphasage provoqu par le DUT ; pas le SNA.

talonnageDes mesures prliminaires en mode transmission sont quelquefois faites sans talonnage afin de se faire une ide des endroits importants analyser. Mais de telles mesures sont gnralement prcdes d'un talonnage rfrence afin d'tablir les niveaux et les phases auxquels la transmission du DUT sera compare.

RglagesWait time (temps d'attente) doit avoir une valeur suprieure ou gale 15ms, mais comprise entre 50 et 150 ms pour une meilleure prcision. Si le filtre vido est rgl sur troit , le wait time ne sera pas infrieur 50 ms.

RBW n'est pas critique, mais une valeur entre 2 et 10 kHz diminue le bruit.

Video filter (filtre vido) doit tre troit ou mdian, surtout pour ne pas affecter la prcision de mesure sur la phase. Le rglage du filtre s'effectue la fois dans le logiciel et au niveau matriel.

Mesures de base en mode rflexion

Mode rflexion, vectoriel

Mesure le coefficient de rflexion du DUT, partir duquel on peut calculer ou reprsenter graphiquement l'impdance et d'autres grandeurs.

EtalonnageSans talonnage, les mesures en mode rflexion sont virtuellement sans signification. Un talonnage rfrence peut suffire jusqu' 150 MHz, suivant la qualit du montage et la prcision souhaite. L'talonnage OSL peut tre utilis avec tous les montages et toutes les frquences.

Rglages :Wait time (temps d'attente) doit avoir une valeur suprieure ou gale 15ms, mais comprise entre 50 et 150 ms pour une meilleure prcision. Si le filtre vido est rgl sur troit , le wait time ne sera pas infrieur 50 ms.

RBW n'est pas critique, mais une valeur entre 2 et 10 kHz diminue le bruit.

Video filter (filtre vido) doit tre troit ou mdian, surtout pour ne pas affecter la prcision de mesure sur la phase. Le rglage du filtre s'effectue la fois dans le logiciel et au niveau matriel.

Extension du plan

Mode transmission ou rflexion, vectoriel

limine les effets d'un retard du signal sur les mesures en transmission ou rflexion.

Mesures en transmissionLe dispositif test comporte souvent des connecteurs ou d'autres lments provoquant un retard du signal et ne faisant pas rellement partie du DUT. Typiquement, ce retard supplmentaire se traduit par une pente vers la droite de la reprsentation graphique de la phase (en fonction de la frquence). En effet, le retard caus par une longueur donne augmente avec la frquence, ce qui rend la phase plus ngative (ou moins positive). L'extension du plan corrige cette pente.

Mode rflexionLe dispositif test peut tre raccord au montage de test par un connecteur ou une piste de circuit imprim considrs comme extrieurs au DUT. L'extension du plan permet de dplacer le plan de rfrence (qui est la frontire entre le montage de test et le DUT proprement dit) jusqu' un point plus proche du DUT rel. Le retard parasite provoque un dphasage augmentant avec la frquence et se traduisant par une rotation dans le sens horaire de la courbe sur l'abaque de Smith. On le voit galement, sur une reprsentation graphique classique de S11, comme une pente descendante de la courbe similaire celle dcrite pour le mode transmission.

ProcdureOn effectue une extension du plan en introduisant un facteur de correction dans la champ Plane Extension de la fentre Sweep Parameters (paramtres de balayage). Ce facteur est le dlai, en nanosecondes, qui doit tre limin. L'effet de l'extension est immdiatement visible en cliquant sur le bouton Recalc en-dessous du champ.

Supposons que nous souhaitions tester, en rflexion, un DUT soud sur un circuit imprim connectoris comportant une ligne conduisant le signal notre DUT. Nous voulons liminer l'effet du connecteur et de la piste. A cette fin, court-circuitons la piste prs du DUT. Sur l'abaque de Smith, la courbe apparat comme un arc dont une extrmit tourne dans le sens horaire de faon croissante avec la frquence. En essayant diffrentes valeurs d'extension de plan et en cliquant chaque fois sur Recalc, la rotation peut tre corrige de faon faire apparatre le court-circuit comme un simple point l'extrmit gauche de la ligne horizontale des rsistances pures. Le plan de rfrence est alors positionn l'endroit o se trouve le court-circuit.

Fonction analyse de filtre

Mode transmission, vectoriel ou scalaire

Dtermine la frquence centrale du filtre ainsi que les points -3 dB ou toute autre valeur dfinie par l'utilisateur. Affiche la frquence centrale, la bande passante, le facteur Q, l'ondulation et le facteur de forme.

1 Effectuez un balayage en transmission (S21) faisant apparatre le pic du filtre (sa frquence centrale), les points -3dB au-dessus et en-dessous de cette frquence, et tous les points que vous souhaitez identifier.

2 Slectionnez Function Filter Analysis.

3 Indiquez les niveaux que vous voulez faire apparatre (par exemple -3 dB et -20 dB).

4 Quittez la fentre de la fonction. Les points dsirs sont affichs et des informations sont affiches dans (et prs de) la zone d'info marqueurs.

5 Continuez l'analyse : les marqueurs et les informations associes sont automatiquement mis jour aprs chaque balayage.

6 Lorsque vous avez termin, r-ouvrez la fentre Function Filter Analysis et dsactivez-la. Utilisez le bouton Clear Markers pour effacer les marqueurs encore affichs.

Fonction analyse de quartz

Mode transmission, vectoriel ou scalaire

Dtermine les frquences de rsonance srie (Fs) et parallle (Fp), les paramtres dynamiques (Rm, Cm, Lm) et la capacit parallle par rapport au botier (Fp).

1 Effectuez un talonnage de la ligne avec un court-circuit dans un montage srie. Une monture d'impdance 12,5 ohms constitue un standard pour l'analyse des quartz, mais une monture 50 ohms fonctionnera galement.

2 Placez le quartz sur la monture et effectuez soit : une analyse en S21 du pic de rsonance srie (Fs) et du creux de rsonance parallle

(Fp) une analyse en S21 du pic de rsonance srie (Fs), aprs avoir effectu un balayage

pralable pour dterminer la frquence de la rsonance parallle .

3 Ouvrez le menu Function Crystal Analysis, choisissez le type d'analyse que vous avez effectue et si ncessaire, entrez la valeur de Fp dans le champ texte. Si le pas est trop grand pour dterminer prcisment Fp, cliquez sur Zoom to Fs. La taille typique du pas sera de 5 50 Hz, selon la prcision dsire.

4 Cliquez sur Analyze. Les paramtres du quartz sont affichs.

5 Vous pouvez crer une liste de quartz avec leurs paramtres en cliquant sur Add to List. Vous devrez quitter cette fonction pour analyser un autre quartz, mais la liste continuera tre complte jusqu' sa fermeture. Les quartz de la liste seront numrots squentiellement, mais vous pouvez modifier le numro courant en cliquant sur Set ID.

Fonction mesure de composants

Mode rflexion ou transmission, vectoriel ou scalaire

Mesure rptitive des valeurs des rsistances, inductances et condensateurs. Les mesures sont faites des frquences relativement basses afin d'viter les rsonances parasites. Les RLC Analysis Functions (fonctions d'analyse RLC) proposent des possibilits plus tendues.

1 Facultatif Connectez un filtre passe-bas si vous devez mesurer des dispositifs large bande entre 100 et 500 kHz. Cela afin d'attnuer les signaux HF du gnrateur de tracking qui limitent progressivement la dynamique en-dessous de 500 kHz.

2 Ouvrez Function Component meter (Fonction Mesure de composants). Cette fonction ne requiert aucun balayage pralable, car elle s'auto configure. Il vous suffira de rgler le filtre vido sur Narrow (troit).

3 Slectionnez le type de monture que vous utilisez et entrez son R0, c'est--dire la rsistance que chaque attnuateur prsente au DUT. Pour la monture shunt, vous devrez entrer le retard apport par le connecteur, en ns ; la valeur typique pour un connecteur SMA est 0,115 ns. Raccordez l'Open ou le Short et cliquez sur Calibrate (talonnage). En mode rflexion, cliquez sur Calibrate d'abord, puis entrez les informations sur la monture dans la fentre Reflection Calibration si ncessaire (a ne l'est pas pour l'talonnage OSL complet).

4 Cochez la case correspondant au type de composant mesurer, raccordez-le la monture et cliquez sur Measure. Le bouton Measure se change en Stop. Le composant est mesur et sa valeur affiche de faon rptitive jusqu' ce que vous cliquiez sur Stop. Vous pouvez changer de composant pendant que la mesure est en cours.

5 Aprs avoir cliqu sur Stop, vous pouvez cliquer sur +Freq ou -Freq faire des mesures d'autres frquences.

Fonction d'analyse RLC

Mode transmission, vectoriel ou scalaire

Modlise un circuit sous la forme d'une combinaison d'une rsistance, d'une inductance et d'un condensateur qui peuvent tre des composants rels ou parasites. Calcule les valeurs de ces composants et leur coefficients Q. D'autres possibilits sont disponibles en mode rflexion.

1 Effectuez un balayage en transmission (S21) montrant la frquence de rsonance et les points -3 dB en-dessous, au-dessus de cette frquence, ou les deux. Pour un pic de rsonance, le niveau de ces points est en-dessous de celui du pic. Pour un creux de rsonance, ils sont au niveau -3 dB absolu.

2 Slectionnez Function RLC Analysis.

3 Slectionnez le type de monture que vous utilisez et entrez son R0, c'est--dire la rsistance que chaque attnuateur prsente au DUT. Pour la monture shunt, vous devrez entrer le retard apport par le connecteur, en ns ; la valeur typique pour un connecteur SMA est 0,115 ns.

4 Slectionnez le modle utiliser, srie ou parallle. Pour un circuit LC rel, entrez sa configuration ; la rsistance parasite sera considre comme place de la mme faon. Pour une inductance ou un condensateur avec des lments parasites, entrez Series pour les condensateurs et Parallel pour les inductances.

5 Cliquez sur Analyse ; les rsultats s'affichent. Vous pouvez alors cliquer sur +Freq ou -Freq pour changer la frquence de mesure.

Fonction d'analyse RLC

Mode rflexion, vectoriel

Modlise un circuit sous la forme d'une combinaison d'une rsistance, d'une inductance et d'un condensateur qui peuvent tre des composants rels ou parasites. Calcule les valeurs de ces composants, leurs coefficients Q et cre des reprsentations graphiques (visibles aprs avoir quitt la fonction) de ces valeurs.

1 Effectuez un balayage en S11 couvrant la bande dans laquelle vous voulez travailler. La prcision sera meilleure si la frquence de rsonance en fait partie, mais ce n'est pas indispensable.

2 Ouvrez Function RLC Analysis. Slectionnez le modle dcrivant le mieux votre circuit : srie, parallle ou RLC avec pertes. Prcisez le nombre de points utiliser pour l'analyse de chaque frquence, typiquement de 5 15.

3 Cliquez sur Analyse, ce qui affichera les valeurs de R, L, C et Q la frquence indique, que vous pouvez momentanment changer en cliquant sur +Freq ou -Freq.

4 Les reprsentations graphiques changent automatiquement en LC Series L et LC Series C pour le modle srie ou bien en LC Parallel L et LC Parallel C pour les autres modles. Lorsque vous quittez la fonction, vous pouvez aussi slectionner la reprsentation graphique Series Q ou Parallel Q, suivant le cas. Ces graphiques resteront affichs jusqu' appui sur le bouton Restart.

Fonction paramtres des coaxiaux

Mode rflexion, vectoriel

Mesure la longueur ou le facteur de vlocit, plus le facteur de pertes (A0, dB pour cent pieds) et l'impdance caractristique (Z0).

1 Raliser un balayage en S11 d'un stub en coaxial ouvert, centr sur la frquence de rsonance en quart d'onde (autour de la phase S11 de +/- 180 degrs).

2 Ouvrez Fonction Coax Analysis.

3 Entrez soit la longueur, soit le coefficient de vlocit du stub coaxial.

4 Cliquez sur Analyze. La frquence de rsonance, la longueur, le coefficient de vlocit et le facteur de pertes (A0, dB pour cent pieds) sont affichs et le bouton Analyze Z0 apparat.

5 Pour mesurer Z0, connectez une rsistance de terminaison au stub, cliquez sur Analyze Z0 et entrez la valeur de la terminaison dans la bote de dialogue qui apparat. Pour une meilleure prcision, la valeur de la rsistance de terminaison doit tre proche de la valeur suppose de Z0. Vous pouvez cependant n'utiliser aucune terminaison, auquel cas vous indiquerez une valeur de 1 mgohm ou plus. Z0 sera alors affiche sous la forme d'un nombre complexe dont seule la partie relle sera utilise pour identifier le coaxial.

Calcul de S21

Mode rflexion, vectoriel

Pour certains types de DUT, que nous appellerons DUT deux ports , les caractristiques en transmission (S21) peuvent tre calcules partir des caractristiques en rflexion (S11). Les DUT deux ports englobent les lments ayant exactement deux connexions (rsistances, inductances, condensateurs et leurs combinaisons), mais galement ceux ayant une connexion plus une masse permanente ou implicite, telle qu'une antenne filaire. Les DUT deux ports ne sont en effet rien d'autre qu'une impdance que nous pouvons virtuellement placer dans une monture srie ou parallle partir de laquelle nous pouvons calculer le S21.

Pour gnrer le calcul de S21 :

1 Aprs un talonnage adquat, pratiquez un balayage du DUT en S11. Notez que l'un des deux ports est toujours mis la masse lors d'un scan en S11.

2 Ouvrez Functions Generate S21. Une fentre s'ouvre, dans laquelle vous prcisez le type de monture (srie ou drivation) et son R0. Cela fait, cliquez sur Generate.

3 La fentre se ferme, et la courbe S21 apparat. Comme pour toutes les reprsentations graphiques de fonctions, il s'agit d'une reprsentation temporaire cre par la fonction, intgre dans la liste des graphiques de la fentre de l'axe Y jusqu'au prochain appui sur Restart.

4 Le cas chant, vous pouvez r-ouvrir Generate S21 pour changer de type de monture ou modifier R0. Il n'est pas ncessaire que le graphique de S11 soit affich pour que Generate S21 fonctionne.

Exemple d'un circuit LCSi l'on effectue une analyse en rflexion d'un circuit LC srie ou parallle, les valeurs de S11 obtenues peuvent servir gnrer la reprsentation graphique de S21 montrant le comportement du circuit en tant que filtre. La valeur du R0 utilis pour dfinir la monture srie peut tre celle des circuits auxquels le filtre est destin. Mais si l'on attribue R0 une valeur trs grande, 100 kilohms par exemple, la courbe du S21 montrera la rponse du circuit LC vide , non charg (bien que le niveau absolu de la courbe soit dcal vers le bas). Dans ce dernier cas, le coefficient Q peut tre dtermin en divisant la frquence centrale par la largeur de bande -3 dB. Le rsultat obtenu est Qu, coefficient de surtension vide.

Z0 d'un coaxial

Il y a plusieurs faons de mesurer l'impdance caractristique (Z0) d'une ligne de transmission avec le MSA.

1 Mthode manuelleEffectuez une analyse en rflexion d'un stub ouvert et recherchez le premier creux d'impdance. Placez un marqueur au point o la ractance s'annule. C'est la rsonance en quart d'onde. Si votre balayage est trs large, limitez-le quelques mgahertz autour du marqueur. Placez une rsistance de terminaison l'extrmit du cble (n'importe quelle valeur entre 50 et 100 ohms conviendra). Refaites un balayage et et notez la rsistance srie au point de rsonance (si le marqueur la rsonance est le marqueur courant, cette rsistance apparat au bas de l'abaque de Smith). Vous pouvez alors calculer la partie relle de l'impdance caractristique par la formule :

o Zt est la rsistance de terminaison et Zin la rsistance d'entre du coaxial mesure par le MSA.

2 Fonction paramtres des coaxiauxVoir la section Coax Parameters Function

3 Mthode de la longueur infinieSi l'on mesurait l'impdance d'une longueur infinie de coaxial, le rsultat serait l'impdance caractristique, quelle que soit l'impdance de sa terminaison. Pour une longueur significative de coaxial (plus de 25 pieds* de cble ordinaire ou 100 pieds* de cble faible pertes), vous pouvez le terminer par une rsistance approchant l'impdance caractristique et mesurer une frquence leve (disons 200 MHz). La rsistance mesure sera trs proche de l'impdance caractristique (aux frquences leves, la partie imaginaire, suppose faible, est ignore). Si la valeur obtenue n'est pas constante quand la frquence augmente, consultez l'abaque de Smith o vous verrez un cercle autour de l'impdance caractristique (il vous faudra peut-tre agrandir la fentre pour que ce soit visible). Si ncessaire, changez le Z0 de la reprsentation graphique, dans la fentre Sweep Parameters, afin de changer la valeur du centre de l'abaque de Smith jusqu' obtenir celle du centre du cercle.

4 Mthode simulation Vous pouvez simuler un cble coaxial d'un type donn en ouvrant la fentre Sweep Parameters et en choisissant Data Type 5 (simulation RLC/Coax). Indiquez une rsistance approchant le Z0 du coaxial. Dsactivez inductance et condensateur. Slectionnez le type de coaxial ou Custom (personnalis) et entrez vos propres paramtres. Entrez une longueur de 50 000 pieds* et une rsistance de 50 ohms. Slectionnez la bande de frquences dsire ; pour que le Z0 rel diffre du Z0 nominal, la frquence doit tre infrieure 20 MHz. Fermez la fentre, cliquez sur Restart. La reprsentation graphique reprsentera une simulation du coaxial termin par la rsistance spcifie. La grande longueur permet de la considrer comme infinie, de sorte que l'impdance d'entre mesure du cble est en fait son impdance caractristique Z0. Vous pouvez afficher les reprsentations graphiques de la rsistance et de la ractance sries de faon voir les parties relle et imaginaire, ou simplement placer un marqueur sur le graphique et lire les informations relatives ce marqueur sous l'abaque de Smith.

(*) 1 pied = 12 pouces = 30,48 cm = 0,3m 25 pieds = 7,62 m 100 pieds = 30,48m 50 000 pieds = 15 240 m

Z0=Z tZ in

Lignes de rfrence

Des lignes de rfrence peuvent tre cres dans tous les modes. Elles peuvent tre soit affiches sur le graphique, soit combines avec les donnes par addition ou soustraction. On y accde par le menu Options Lignes de rfrence. Cet lment de menu ouvre une fentre qui vous permet de prciser le type, la couleur, l'paisseur des lignes (si elles doivent tre dessines) et quels axes elles seront affectes. Une ligne de rfrence peut tre cre pour chaque axe, mais si l'on en cre deux, elles devront tre du mme type. Les diffrents types de lignes sont dcrits ci-dessous.

Rfrences Valeur fixe Une ligne de ce type est cre en le slectionnant et en entrant la valeur pour l'axe correspondant. Par exemple, si une valeur de -18 est tape, une ligne horizontale -18 sera trace sur l'axe choisi, condition que l'option graphique Data and ref soit coche. Cette option valide le dessin du graphe et des rfrences. Au lieu de cela, vous pourriez effectuer une addition ou une soustraction avec les lignes de rfrence en slectionnant l'option approprie dans Graph Option . Supposons que votre graphique comporte un maximum -18 dB, et que vous crez une rfrence -18. En rglant Graph Option sur Data - Ref , la valeur de la rfrence sera soustraite de celles de la courbe, de sorte que le maximum apparatra 0 dB et que toutes les autres valeurs se trouveront rfrences (en dBc) ce maximum.

Donnes sauvegardes comme rfrenceVous pouvez sauver les donnes courantes comme rfrence. Cela vous permet de comparer vos donnes actuelles celles issues de balayages futurs, visuellement ou en les soustrayant les unes aux autres. Si vous r-ouvrez la fentre Reference Line (ligne de rfrence) alors que vous avez dj dfini une rfrence (tout en gardant le mme type), la fermeture de cette fentre, vous aurez le choix entre la mise jour des donnes et la conservation des donnes prcdentes. Exemple : vous voulez changer la couleur du trac, mais la fermeture de la fentre, vous souhaitez conserver les valeurs reprsentes. Ce sont les valeurs sous-jacentes en dBm qui sont sauvegardes. Ces valeurs sont converties dans l'unit indique sur votre graphique avant d'tre utilises. Si, par exemple, le graphique reprsente le niveau du signal en Volts, les valeurs de S11 sauves dans le fichier seront converties en Volts avant d'tre reprsentes, additionnes ou soustraites.

Rfrences RLCIl est possible de crer une rfrence partir de donnes RLC simules, exactement comme si elles taient issues du dernier balayage. RLC data est une combinaison RLC srie ou parallle qui peut optionnellement tre traite comme la terminaison d'une ligne de transmission. Ceci est utile lorsque vous voulez comparer ce graphique celui d'un autre circuit RLC afin de savoir si le DUT est correctement modlis par ce circuit.

Les lignes de rfrence sont des objets temporaires. Elles sont conues pour une utilisation court terme. Elles ne sont pas sauvegardes dans les fichiers Prfrences ou Test Setups. Si vous modifiez les paramtres de la gamme de frquences, les Saved Data Reference (Donnes sauvegardes comme rfrence) disparatront, mais les Fixed Value References (Rfrences Valeur fixe ) ou les RLC References seront conserves.

CONNAITRE LE RETURN LOSS

RETURN LOSS ET QUANTITES ASSOCIEES

Le Return Loss est l'oppos de l'amplitude, en dB, de S11. L'amplitude du coefficient de rflexion est l'amplitude de S11 exprime comme un rapport entre 0 et 1, reprsentant la proportion de la tension du signal qui est rflchie. Le carr de ce rapport donne le rapport de puissance rflchie exprim ci-dessus en pourcentage.

Toute valeur de Return Loss peut tre produite par deux valeurs diffrentes de rsistance : une suprieure et l'autre infrieure 50 ohms. Ces rsistances sont gales 50 X SWR et 50 / SWR. Ce Return Loss peut aussi tre obtenu par n'importe quelle valeur de rsistance situe entre les deux prcdentes, associe une certaine ractance capacitive ou inductive.

L'ABAQUE DE SMITH PREMIERE PARTIE

L'abaque de Smith est utilis pour reprsenter graphiquement les coefficients de rflexion et pour mettre en vidence leur lien avec les impdances. Le MSA en mode rflexion cre automatiquement un abaque de Smith et, aprs chaque balayage, y place les coefficients mesurs.

Les coefficients de rflexion sont tracs partir du centre de l'abaque (marqu 1). Le dplacement s'effectue vers l'extrieur d'une distance gale l'amplitude du coefficient, et dans la direction donne par son angle. L'abaque a un rayon gal 1. L'origine des phases est vers la droite de la ligne horizontale et les angles sont compts positivement dans le sens anti-horaire partir de cette origine.

L'impdance d'un point de l'abaque est obtenue grce aux lignes de la grille. Les cercles reprsentent des rsistances constantes (indiques leurs intersections avec la ligne horizontale mdiane), et les arcs reprsentent des ractances constantes (indiques leurs intersections avec le bord extrieur de l'abaque). L'impdance, reprsente par un point, est indique par le cercle de rsistance et l'arc de ractance qui se coupent en ce point.

L'abaque peut tre divis en deux rgions, comme indiqu ci-dessous :

La nature d'un dispositif quelconque peut donc tre facilement dtermine d'aprs la position de son coefficient de rflexion. Tout coefficient plac dans la moiti infrieure est capacitif, tandis qu'il est inductif s'il se trouve dans la moiti suprieure. S'il est plac sur la ligne horizontale mdiane, c'est une rsistance pure.

L'ABAQUE DE SMITH DEUXIEME PARTIE

L'abaque de Smith est particulirement utile pour reprsenter des graphiques suivant des lignes circulaires. Tous les abaques de Smith progressent gnralement dans le sens horaire lorsque le frquence augmente, mais les plus intressants dcrivent rellement des cercles, complets ou non. En voici quelques exemples :

Le graphique de gauche est celui d'un condensateur et se trouve donc entirement dans la moiti infrieure, commenant une impdance leve au marqueur 1 et se dplaant vers le marqueur 2 avec l'accroissement de la frquence. Le graphique de droite est celui d'un circuit LC parallle. Il commence avec une impdance inductive au marqueur 1 et tourne dans le sens horaire, retombant loin de la limite extrieure en raison des pertes dans la self. Au marqueur 2, il atteint la rsonance (parce qu'il traverse la ligne des rsistances pures), aprs quoi il devient capacitif et se dplace vers le marqueur 3.

Un cble coaxial ouvert commence dans la zone capacitive, prs du bord extrieur, et tourne dans le sens horaire au fur et mesure que l'augmentation (avec la frquence) du retard de phase rend celle-ci plus ngative.Il coupe finalement la ligne mdiane des rsistances pures lorsqu'il atteint sa frquence de rsonance en quart d'onde. L'impdance, en ce point, est quasiment nulle. Il continue de tourner le long du bord suprieur de l'abaque. Le graphique s'arrte ici peu avant d'avoir atteint la frquence de rsonance en demi-onde, l'extrmit droite de l'abaque.

Loriginal de ce texte est disponible ladresse

http://www.wetterlin.org/sam/SA/Operation/VNA_Guide.pdf

Lintgralit des manuels et didacticiels sont accessibles ladresse

http://www.wetterlin.org/sam/

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