Analyseur de Réseaux Vectoriel - Adaptation d'impédance - PDF

Analyseur de Réseaux Vectoriel Adaptation d’impédance  Attentes 3  Objectifs À l'issue de cette formation vous seriez capable de: Faire la distinction entre les différents connecteur et câbles coaxiaux. Faire la distinction entre les guide d’onde. Ch...

Analyseur de Réseaux Vectoriel Adaptation d’impédance  Attentes 3  Objectifs À l'issue de cette formation vous seriez capable de: Faire la distinction entre les différents connecteur et câbles coaxiaux. Faire la distinction entre les guide d’onde. Choisir le VNA compatible avec les mesures souhaitées Paramétrer un VNA Faire une calibration Vérifier la calibration Enregistrer/rappeler une configuration Enregistrer/imprimer une trace Utiliser l’option mémoire du VNA Utiliser le domaine temps pour localiser un défaut 4  Agenda Fondamentaux Spectre Electromagnétique 01 02 Les Paramètres [S] Signal transmis, réfléchi et dissipé Mesures à Froid (MAF) Coefficient de réflexion Onde stationnaire Longueur d’onde PUISSANCES: Watts et dBm Supports de transmission Analyseur de réseau vectoriel 03 04 Domaine temps Définition Définition Detection de défauts dans un Configuration guide d’onde Calibration Application au TOP Adaptation d’impédance 5  Définition d’un VNA C’est quoi un VNA? 6  Fondamentaux 7 Spectre Electromagnétique et Bandes de Fréquences Exception pour le secteur spatial Bande Ka : Liaison descendante : 17 GHz – 22 GHz Liaison montante : autour de 27 GHz UHF L S C X Ku K Ka Q V Fréquences 300 1 2 4 8 12 18 27 40 50 75 MHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz 8  Mesures à Froid Vs. Mesures à chaud partie, ni divulgué à un tiers sans l'accord préalable et écrit de Thales - ©Thales 2016-2019 Tous Droits réservés. Ce document ne peut être reproduit, modifié, adapté, publié, traduit, d'une quelconque façon, en tout ou ‘mesures à froid’ (MAF) => on s’intéresse aux propriétés électromagnétiques des différents composants sans présence du faisceau électronique il va donc s’agir de mesures passives En général en petit signal ‘mesures à chaud’ => on s’intéresse aux propriétés électromagnétiques des différents composants avec présence du faisceau électronique il va donc s’agir de mesures actives En général à fortes puissances 9  Onde stationnaire Onde incidente Onde réfléchie Onde stationnaire Onde Progressives / Ondes Stationnaires 10  Longueur d’onde Vs. Fréquence Fréquence (F) et Longueur d’onde (λ) 𝑐𝑐 λ= m 𝐹𝐹 Hz 11  PUISSANCES: Watts et dBm L'introduction de la notion de décibel est destinée à pouvoir décrire un signal de puissance en termes de décades, car les niveaux de puissance tout au long d'une chaîne de transmission varient dans des proportions considérables; c'est donc un changement d'échelle. La référence :1 𝑚𝑚𝑊𝑊 𝑃𝑃_𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊 𝑃𝑃 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚 = 10𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙10 1 𝑚𝑚𝑊𝑊 + 10 dBm : x 10 + 3 dBm : x2 (+50%) + 1 dBm : x 1.25 (+25 %) - 1 dBm : x 0.8 (- 20 %) 12  Supports de transmission 13  Support Coaxiales Vs. guide d’onde Brides Ligne coaxiales Guides d’ondes 14  Guide d’onde Un guide d’onde a une bande passante de fonctionnement (propagation monomode => mode TE10) b S21 f a fc1 fc2 Bande utile ≈1.2 x fc à 0.95 x fc2 15  Guide d’onde La largeur du guide d’onde donne accès à plusieurs informations Ces dimensions sont standardisées (WR) WRx 𝑥𝑥 = 𝑎𝑎 𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖. 100 fréquence de coupure 300 𝑓𝑓𝑐𝑐 𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 = 2∗𝑎𝑎(𝑚𝑚𝑚𝑚) b Ex : WR90 𝑥𝑥 a(inch) = = 0,9 inchs 100 a (mm) = 0,9 x 25,4 = 22,86mm fréquence de coupure 300 𝑓𝑓𝑐𝑐 𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 = = 6,56 GHz a 2∗22,86(𝑚𝑚𝑚𝑚) 16  Guide d’onde Vs Fréquence Tableaux de WR standards 17  Guide coaxial La ligne coaxiale a une fréquence de coupure nulle => fc1 = 0 Elle peut donc passer le continu 𝑐𝑐 𝜀𝜀𝑟𝑟 𝑓𝑓𝑐𝑐𝑐 = 𝜋𝜋 𝑎𝑎+𝑏𝑏 𝜀𝜀𝑟𝑟 Premier mode supérieur 60 𝑍𝑍𝑐𝑐 = ln(b/a) : impédance caractéristique 𝜀𝜀𝑟𝑟 S21 a b f fc2 Bande utile 18  Guide coaxial 19  Guide coaxial Vs. Fréquence & Puissance 20  Guide coaxial Vs. Fréquence & Puissance 21  Les Paramètres [S] 22  Signal transmis, réfléchi et dissipé Les paramètres [S] caractérisent la réponse d’un composant à un signal hyperfréquence Un signal incident (𝑎𝑎1 ) sur le composant va être soit :  Réfléchi (𝑏𝑏1 ) => coefficient de réflexion  Transmis (𝑏𝑏2 ) => coefficient de transmission  Dissipé => ni transmis, ni réfléchi (métal, diélectrique, …) 𝑎𝑎1 =1 incident 𝑏𝑏2 = 𝑆𝑆21 * 𝑎𝑎1 DUT Transmis Réfléchi 𝑏𝑏1 = 𝑆𝑆11 ∗ 𝑎𝑎1 Absorbé 23  Signal transmis, réfléchi et dissipé 24  Coefficient de réflexion Plusieurs dénominations pour parler de la même chose partie, ni divulgué à un tiers sans l'accord préalable et écrit de Thales - ©Thales 2016-2019 Tous Droits réservés. Ce document ne peut être reproduit, modifié, adapté, publié, traduit, d'une quelconque façon, en tout ou 𝑍𝑍𝑍𝑍−𝑍𝑍𝑍 𝑆𝑆11 = 𝜌𝜌 : coefficient de réflexion 𝜌𝜌 = 𝑍𝑍𝑍𝑍−𝑍𝑍0 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑍𝑍𝑍𝑍 = 𝑅𝑅𝑅𝑅 + 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 𝑆𝑆11 = 𝜌𝜌 ∶ module du coefficient de réflexion 20 ∗ 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙( 𝑆𝑆11 ) = Return Loss (R.L.) = 𝑺𝑺𝟏𝟏𝟏𝟏 (dB) 𝑆𝑆21 (dB) 1+ 𝜌𝜌 Gain TOS = ROS = VSWR = 1− 𝜌𝜌 0 Atténuation 20 ∗ 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙( 𝑆𝑆21 ) = 𝑆𝑆21 (dB) = Insertion Loss (R.L.) = - Atténuation = 𝑆𝑆21 (dB) = Gain TOS : Taux d’Onde Stationnaire ROS : Rapport d’Onde Stationnaire VSWR : Voltage Standing Wave Ratio 25  Analyseur de réseau vectoriel 26  Analyseur de réseau vectoriel Appareil de mesure qui sert principalement à la mesure des paramètres S (Scattering parameters) d’un dispositif sous test Emetteur Récepteur Ces appareils deviennent de plus en plus multifonctions et permettent :  Les mesures en domaine temporel pour de la localisation de défauts  Les mesures en puissance via l’emploi de sondes de puissance  La caractérisation d’amplificateurs ou autres composants actifs  Mesures multiports : on n’est pas limité à 1 ou deux ports  L’utilisation comme analyseur de spectre 27  Analyseur de réseau vectoriel Fonction Constructeur Référence Bande de fréquence  Le VNA doit êtres configuré et calibré avant utilisation  Le VNA permets d’enregistrer/appeler une configuration et une calibration.  Le VNA offre plusieurs choix d’enregistrement de données (image,.txt,.csv,.s1p,.s2p, … 28  Configuration du VNA Bande de fréquence Nombre de points Puissance 29  Configuration du VNA Bande passante du filtre numérique Paramètre à mesurer Format de mesure 30  Calibration du VNA  Etalonnage avec un kit de calibration Le choix du kit dépond de la fréquence et la type de connecteur du DUT ( N, TNC, 3,5mm, 2,92mm, WR112..)  Différentes procédures permettent de corriger les erreurs de mesure SOLT (TOSM) : Short, Open, Load, Through TRL : Through, Reflect, Line Kit coaxial type PC 7 mm Kit coaxial 2,92mm Kit en guide d’onde 31  Calibration du VNA 32  Abaque de Smith: Vérification de la calibration Exemple: Un VNA calibrer avec un kit PC7 ( short, Open, Load) doit vérifier: 33  Abaque de Smith: Adaptation d’impédance 34  Abaque de Smith: Adaptation d’impédance 35  Le Domaine Temps 36  Pourquoi le domaine temps? 37  Pourquoi le domaine temps? Connecteur Ligne Coaxial Terminal Ligne Coaxial Domaine Fréquentiel Domaine temporel 38  Pourquoi le domaine temps? Adaptation Entrée ou sortie RF sur la ligne faisceau Fenêtre Plan de mesure Structure Sever/ d’interaction Attenuator 39 Domaine Temps : application  Domaine Temps : application 41  Domaine Temps : application ROS ≅ 2 ⇔ Pertes ≅ -10dB 42  Domaine Temps : application Amélioration du ROS en modifiant le téflon d’entrée ROS ≅ 1,5 ⇔ Pertes ≅ -14dB 43  Domaine Temps : application Défaut en ligne ⇒ ondulation du ROS ROS ≅ 1,4 ⇔ Pertes ≅ -16dB 44