Как работают векторные анализаторы электрических цепей
Сегодня поговорим о таких серьезных приборах, как векторные анализаторы электрических цепей.
Рассмотрим сначала простейший случай. Представим, что у нас есть некий черный ящик. Этот черный ящик выполнен в виде четырехполюсника, то есть у него есть 2-контактный порт с одной стороны и такой же порт с другой стороны. А нам нужно определить характеристики этого чёрного ящика, и по возможности сказать, что там. Может там фильтр, может там отрезок кабеля и нам нужно определить, какова его длина, а может там трансформатор.
Как определить характеристики этого четырехполюсника? И тут нам на помощь приходит простейший двухканальный векторный анализатор цепей.
Как он работает? Анализатор подключается своими каналами ко входу и к выходу четырехполюсника. После чего начинает посылать гармонический сигнал на вход чёрного ящика. А затем обеими своими каналами слушает, что пришло с выходов четырехполюсника. Часть сигнала отражается, и эта часть называется параметром S11. Часть сигнала проходит на выход, и формирует параметр S12. Сигналы S11 и S12 анализируются как по амплитуде, так и по фазе.
Потом каналы меняются местами. Сигнал поступает на выход четырехполюсника. Отражённый от выхода сигнал называется S22, а сигнал, прошедший на вход, называется S21.
Пока что мы рассмотрели пример того, как проходит сквозь четырехполюсник сигнал на одной конкретной частоте. Однако полноценные анализаторы пропускают сквозь четырехполюсник, разумеется, целый диапазон частот. А это дает возможность построить частотозависимые графики, АЧХ и ФЧХ по всем параметрам.
А какие это могут быть параметры, кроме уже рассмотренных S-параметров? Это могут быть активное, реактивное, комплексное сопротивления, коэффициенты стоячих волн, причём в форме частотнозависимых характеристик, время задержки сигнала и так далее.
В общем, главное понимать, что векторные анализаторы работают по следующему принципу: посылают на входы черного ящика сигналы различной частоты, слушают со всех входов и выходов отклик от этих сигналов, на основании чего строят частотозависимые характеристики.
Но бывают ситуации, когда черный ящик представляет собой не четырехполюсник, а двухполюсник. Например, это отрезок кабеля с подключённой к его концу антенной. В этом случае у нас только один вход, а следовательно двухканальный векторный анализатор будет избыточен, и определить можно только характеристики по одному входу устройства.
В связи с этим широкое распространение получили упрощенные векторные анализаторы с одним каналом. Примером такого одноканального анализатора может служить N1201SA. Собственно говоря, такие приборы иногда называют антенными анализаторами.
Какие параметры можно измерить при помощи одноканального анализатора?
Во-первых, можно выставить конкретную частоту, и на этой частоте определять следующие характерисктики: активное сопротивление, реактивное сопротивление, коэффициент стоячей волны по напряжению, амплитуду и фазу отражённого сигнала от входа, то есть параметр s11. А также комплексное сопротивление, и входные емкость и индуктивность цепи.
А во-вторых, эти же параметры можно получить в виде частотозависимых рафиков.
Как подобные приборы применяются на практике?
Представим, что у нас есть отрезок кабеля. Одним концом он подключён к анализатору, второй конец открыт. Во-первых, на каждой конкретной частоте можно определять входное реактивное сопротивление цепи, коэффициент стоячей волны и так далее. Но можно поступить мудрее, и сразу построить частотозависимые графики, например параметра s11.
И мы увидим следующий график. На определенных частотах будут очень резкие провалы. Примерно также должен выглядеть и график коэффициента стоячей волны. Так что же это за провалы, и каким частотам они соответствуют?
Кабель это, разумеется, отрезок длинной линии. Сигнал, поступивший на вход кабеля, отражается от открытого конца, и возвращается в анализатор. Но когда мы попадаем на частоту, четверть длины волны которой соответствует длине этого кабеля, то у нас возникает четкая стоячая волна. На открытом конце мы получаем максимум напряжения, а в точке подключения к анализатору напряжение стремится к нулю. Вот здесь-то мы получаем провал в частотнозависимой характеристике.
Откуда берутся остальные провалы на графике? Всё дело в том, что в этом кабеле может поместиться не только 1 четверть длины волны, но и три четверти, и пять четвертей длин волн, соответствующих нечетным гармоникам резонансной частоты, и тогда мы получим такие же минимумы отраженного напряжения. Но если в кабеле поместилось четное количество четвертей длин волн, то мы наоборот получим максимум отражённого сигнала по напряжению.
Эти параметры, графики, критически важны для согласования антенных систем с источниками сигнала. Почему? Рассмотрим следующий пример.
Мы взяли прекрасную, хорошо согласованную антенну, диполь, и подключили её к антенному анализатору, без кабеля. Построили частотно зависимую характеристику, и обрадовались тому, что антенна чётко соответствует резонансной частоте и согласована с источником идеально.
А теперь взяли кабель, подключили его к антенне одним концом, а другим концом к анализатору. И, построив частотнозависимые графики, ужаснулись тому, что теперь антенная система совершенно не соответствует точке согласования. То есть на той же частоте, у нас не минимум, а наоборот максимум параметра S11, отраженного сигнала. Почему так получилось?
Всё дело в том, что кабель, являясь отрезком длинной линии, работает как продолжение антенны. В том месте, где антенна подключается к кабелю, у нас минимум напряжения и максимум тока, но если длина самого кабеля соответствует нечетному числу четвертей длины волны, то на точку подключения к анализатору, либо приемнику или передатчику, у нас придется минимум тока и максимум напряжения. И соответственно на графике параметра S11 у нас будет не провал, а наоборот горб на этой частоте.
То есть, сами того не подозревая, подключив кабель, длина которого составляет нечетное число четвертей длины волны, мы создали ситуацию наихудшего согласования. А наилучшее согласование будет тогда, когда в кабеле поместится четное количество четвертей длины волны.
Вот почему при работе с антеннами стоячей волны так важно учитывать длину кабеля. И вот для чего такие анализаторы в принципе и предназначены.
Кстати говоря, при работе с антеннами бегущей волны таких проблем не возникает. Так как в антенне бегущей волны отраженный сигнал в принципе не подразумевается.
Ну что ж, давайте подытожим:
- Полноценные векторные анализаторы способны определять S-параметры, и другие величины, характеризующие электрическую цепь, по всем портам многопортового устройства.
- Одноканальные векторные анализаторы способны определять параметры цепи только по одному входу устройства.
- Длина кабеля имеет важное значение при согласовании антенн стоячей волны. Для определения точки наилучшего согласования и используются одноканальные анализаторы
На сегодня всё. Если ролик был для вас полезен, ставьте лайки, делитесь в соцсетях. И в любом случае пишите в комментариях, о чём бы вы ещё хотели услышать. Всем удачи!
Что такое векторный анализатор электрических цепей
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.
Основные сведения об векторных анализаторах цепей и решаемых с их помощью задачах.
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.
Анализаторы цепей
Анализатор цепей – это прибор, в задачи которого входит измерение характеристики прохождения сигнала через тестируемое оборудование, и его свойства после отражения от портов. Эти показатели называют S-параметрами, которые могут быть отражены как график КСВ частоты, диаграмма Смита, обратные потери, передаточные функции, амплитуды усиления или затухания групповой задержки.
Назначение
Прибор применяют для решения следующих задач:
- Измерение характеристик активных и пассивных радиоустройств – усилители, антенны, волноводы преобразователи частоты и др.
- Измерение уровня поглощения и отражения радиоволн от разных материалов, к примеру, элементы самолетов или специальные краски. Для выполнения этого типа измерения, к портам устройства нужно подсоединить передающую и приемную антенны.
- Измерения в ряде направлений промышленного сегмента – пищевая, химическая и медицинская. Анализатор может измерить диэлектрическую постоянную и тангенс угла потерь, что применяют для определения качества нефти, состава растворов и пр.
Принцип действия
Прибор создает падающий сигнал и выдает его через измерительный пульт на вход проверяемого устройства. В измерительном пульте переданный и отраженный сигналы отделены друг от друга. У каждого значения сгенерированной частоты анализатор измеряет и подсчитывает значения параметров падающего, отраженного и переданного сигналов.
В процессе измерения анализатор подает на проверяемое оборудование синусоидальный сигнал, измеряет значение отраженного сигнала и того, который прошел через тестируемое оборудование. Прошедшие и отраженные сигналы всегда будут отличаться от тестового синусоидального по фазе и амплитуде.
Калибровка
Анализаторы цепей необходимо калибровать раз в год в специализированной лаборатории или у производителя. Калибровкой также называют исправление ошибок, возникающих в ходе проверки оборудования. Подобную калибровку можно проводить в любое время с любой периодичностью. Важно не путать понятия заводской и пользовательской калибровок.
Где купить анализаторы цепей
Сделать заказ или узнать цену на анализаторы можно у наших менеджеров. Они ответят на ваши вопросы и предложат подходящее оборудование по нужным для вас характеристикам. Компания СОЮЗ-ПРИБОР работает с надежными производителями, поэтому мы отвечаем за качество продукции.
Ответы на вопросы раздела Анализаторы цепей
Доставляем Анализаторы цепей по России?
Отправим Анализаторы цепей по России: Ростов-на-Дону, Казань, Пермь, Москва, Новосибирск, Санкт-Петербург, Самара, Волгоград, Уфа, Челябинск, Красноярск, Екатеринбург, Омск, Воронеж, Нижний Новгород и другим городам; доставка согласно тарифам перевозчиков.
Векторный анализатор цепей Rohde&Schwarz серии ZNB
Более 60 лет опыта работы в сфере векторного анализа цепей дают свои плоды: Rohde & Schwarz вновь задает новые стандарты, на этот раз с помощью векторного анализатора цепей R&S ZNB. Новое семейство анализаторов цепей отличается высокой скоростью измерений, выдающейся точностью и исключительной простотой работы с прибором
Производитель: Rohde&Schwarz
Страна-производитель: Германия
Организация приемки оборудования
на заводе-изготовителе
В некоторых случаях важным этапом поставки сложного оборудования является его обязательная приемка на заводе-изготовителе. Проведение приемочных испытаний позволяет своевременно выявить возможные недостатки в работе оборудования и быстро их устранить. Поэтому компания ТБС, официальный представитель ведущих мировых производителей высокотехнологичного оборудования, предоставляет своим заказчикам, заинтересованным в ознакомлении с процессом производства оборудования и проверке его качества, возможность посещения Европейских заводов-изготовителей.
Специально для инженерного персонала заказчика, в обязанности которого будет входить работа на выбранной установке, будет организован выезд на территорию завода компании-производителя и обеспечено участие в испытаниях и приемке оборудования. Совместно со специалистами компании ТБС представители заказчика смогут проверить соответствие собранной установки техническому заданию, удостовериться в качестве исполнения и оценить эксплуатационные характеристики на основе тестовых процессов.
Также в рамках визита представители пройдут специализированные тренинги, включающие в себя теоретическую и практическую часть, которые позволят получить подробную информацию о принципах работы, правилах эксплуатации и обслуживания выбранного оборудования. По завершению тренингов специалистам выдается официальный сертификат компании производителя, подтверждающий прохождение сотрудниками профессионального обучения и позволяющий им работать на данном оборудовании.
Двухэтапная приемка (первичная на заводе-производителе и последующая на территории заказчика) облегчает и ускоряет пусконаладочные работы, а также ввод в эксплуатацию оборудования.
Уверенность в сделанном выборе, а также приобретенные персоналом знания и навыки эффективной работы на высокотехнологичном оборудовании будут способствовать успеху и дальнейшему развитию предприятия. Это еще раз позволит по достоинству оценить все преимущества сотрудничества с компанией ТБС.
За более подробной информацией обращайтесь к нашим специалистам.
Штаб-квартира SUSS MicroTec
в Гархинг (Германия)
Штаб-квартира Evatec
в Трюббах (Швейцария)
Штаб-квартира Corial
в Бернин (Франция)
- Частотный диапазон от 9 кГц до 40 ГГц
- Широкий динамический диапазон — до 140 дБ
- Быстрое время развертки — 4 мс для 401 точки
- Высокая температурная стабильность — 0,01 дБ/°C (тип.)
- Широкий диапазон развертки по мощности — 98 дБ
- Широкий диапазон полосы ПЧ — от 1 Гц до 10 МГц
- Ручная и автоматическая калибровка
- Большой экран 12,1″ с высоким разрешением
- Пользовательский интерфейс реализован с помощью сенсорного экрана
- Два или четыре измерительных порта
- Второй независимый встроенный генератор для 4-портовой модели
Подойдет ли эта установка для моей технологии?Консультация эксперта
Полное описание
Видеопрезентация
Особенности:
- Широкий динамический диапазон от 9 кГц для проведения измерений блокирующих устройств
- Превосходные исходные данные, обеспечивающие высокую базовую точность
- Высокая термостабильность обеспечивает большие временные интервалы между калибровками
- Высокоскоростные синтезаторы для быстрых измерений
- Быстрая процедура emdedding/de-embedding для согласования импеданса с помощью виртуальных сетей
- S-параметры смешанного режима для характеризации балансных устройств
- Переопределенные S-параметры для гибкой настройки конфигурации измерений
- Измерение параметров усилителей с широким диапазоном мощности с использованием ступенчатых аттенюаторов приемников
- Анализ во временной области для измерения расстояния до повреждения и настройки фильтров
- Измерение параметров преобразования частоты смесителей и усилителей – простые и быстрые с двумя независимыми встроенными генераторами
- Методы калибровки необходимые для разных измерительных задач
- TSM-калибровка – полная калибровка за пять шагов
- Устройство для автоматической калибровки с количеством портов до 24 шт.
- Простая и понятная структура меню для удобной работы
- Малое время измерения
- Быстрые измерения за счет широкого динамического диапазона и оптимизированной полосы ПЧ
- Сегментированная развертка под конкретное измеряемое устройство
- Быстрое переключение между настройками прибора
- Интерфейсы ввода/вывода для работы с внешними устройствами
- GPIB интерфейс для автоматизации измерений
- Расширение количества портов за счет использования коммутационной матрицы
- Интерфейс RFFE GPIO для непосредственного контроля входного ВЧ-каскада
- Легкая настройка нажатием клавиши
- Быстрые измерения и превосходные СВЧ-характеристики
- Коммутационные матрицы под разные задачи
- Возможность дооснащения без доработки программного обеспечения прибора