Kilka kroków do przodu

Analizator ENA E5080A  wyróżnia się spośród innych podobnych przyrządów kilkoma bardzo istotnymi w praktyce cechami. Jedną z ważniejszych jest skrócenie czasu pomiaru. Biorąc pod uwagę fakt, że tego typu analizatory są wykorzystywane przede wszystkim na liniach produkcyjnych, skrócenie czasu pomiaru danego parametru zaledwie o kilka milisekund powoduje wielokrotne przyspieszenie pracy na stanowisku pomiarowym w skali dnia. Producent szacuje, że w stosunku do poprzednich modeli analizator ENA E5080A  pozwala przyspieszyć pomiary aż 10-krotnie. Należy jednak zwracać uwagę na to, czy w podobnych porównaniach zadbano o zachowanie jednakowych trybów i warunków pracy, ponieważ czas wykonywania pomiaru zależy od wielu parametrów. Przykładowo, liczba punktów i zakres przemiatania mogą w znacznym stopniu wydłużać (lub skracać) czas pomiaru. W przypadku analizatora ENA E5080A  pomiar może obejmować nawet 100001 punktów, wybranie takiej liczby na pewno wydłuży czas pomiaru, za to zostanie zwiększona rozdzielczość częstotliwościowa. Dla pomiaru 2-portowego z 201 punktami, IFBW=500 kHz i przemiataniu w zakresie 200 MHz czas pomiaru jest równy zaledwie 3 ms.

Konstruktorzy Keysight Technologies pracując nad nowym modelem analizatora znacznie poprawili dynamikę pomiarów. W modelu ENA E5080A  osiągnięto dynamikę 147 dB, to jest o 10 dB więcej niż starszych przyrządach. Tak duża dynamika jest przydatna szczególnie podczas badania filtrów o dużym tłumieniu. Z dynamiką jest związany inny ważny parametr – szumy przemiatania. I tu analizator ENA E5080A  wykazuje wysoką klasę. W paśmie od 50 MHz do 6 GHz, przy IFBW równym 10 kHz poziom szumów przemiatania jest nie większy niż 0,0015 dBrms.

Opisując analizatory sieci nie można nie wspomnieć o dwóch najważniejszych parametrach. Pierwszy to zakres częstotliwości. Dla analizatora ENA E5080A  zawiera się on między 9 kHz a 9 GHz. Drugi parametr to zakres generowanych mocy, wynoszący -90…+15 dBm w pełnym paśmie pomiarowym, a przy ograniczeniu pomiarów do 6 GHz uzyskiwana mcc jest równa +17 dBm. Analizator ENA E5080A  ma cztery 50-omowe porty.

Przykłady pomiarów

Jak wiemy analizator ENA E5080A  jest wykorzystywany do pomiarów zarówno elementów pasywnych, jak i aktywnych. Parametry rozproszenia filtrów, kabli, anten, rozdzielaczy itp. najczęściej są przedstawiane na wykresach w kartezjańskim układzie współrzędnych XOY, na których oś odciętych jest związana z częstotliwością (rys. 5a). W każdym fizycznym urządzeniu występują odbicia sygnału, stanowiące efekt niepożądany. Przyczyną odbić są niedopasowania impedancyjne w torze w.cz. Impedancje natomiast jako wartości zespolone znacznie lepiej są czytelne na wykresach Smith’a (rys. 5b), dlatego ten rodzaj wizualizacji parametrów został również uwzględniony w oprogramowaniu analizatora. Użytkownik może w dowolnym momencie zmieniać rodzaj wykresu, a nawet stosować obie formy jednocześnie.

Rys. 5. Wizualizacja s-parametrów w postaci: a) wykresów liniowych, b) wykresów Smith’a

Nieco inaczej przebiegają pomiary urządzeń aktywnych. I w tym przypadku interesujące są zależności s-parametrów w funkcji częstotliwości, ale dodatkowym parametrem może być na przykład moc sygnału wejściowego. Nakładając w jednym kanale kolejne ślady tworzone z użyciem różnych mocy wejściowych, w prosty sposób uzyskuje się całą rodzinę charakterystyk (rys. 6).

Rys. 6. Rodzina charakterystyk wzmocnienia wzmacniacza w funkcji częstotliwości dla różnych mocy wejściowych

Istotnym parametrem każdego wzmacniacza, w tym wzmacniaczy w.cz., jest liniowość. W idealnie liniowym wzmacniaczu każdemu przyrostowi sygnału wejściowego odpowiada proporcjonalny przyrost sygnału wyjściowego, jednak na skutek ograniczeń wynikających choćby ze skończonych napięć zasilających, od pewnej wartości mocy wejściowej moc wyjściowa nie przyrasta już proporcjonalnie. Punkt, dla którego różnica mocy wyjściowej idealnego wzmacniacza liniowego i mocy wyjściowej układu rzeczywistego jest równa 1 dB jest nazywany punktem kompresji 1-decybelowej (rys. 7). Parametr ten charakteryzuje więc zakres liniowej pracy wzmacniacza, jest więc często mierzony i podawany w specyfikacjach technicznych urządzenia. Jedna z opcji analizatora ENA E5080A  pozwala dokonać automatycznego pomiaru tego parametru. W tym celu przyrząd powinien być skonfigurowany do pomiaru mocy wyjściowej w funkcji mocy wejściowej, a współczynnik kompresji jest wyznaczany sekwencją poleceń: Search -> Compression Search -> Comp&Sat (rys. 8). Wejście wzmacniacza w zakres pracy nieliniowej powoduje znaczny przyrost zniekształceń harmonicznych, inną metodą określania własności liniowej pracy wzmacniacza jest więc pomiar harmonicznych.

Rys. 7. Punkt kompresji 1-decybelowej wyznaczający zakres liniowej pracy wzmacniacza

Rys. 8. Automatyczne wyznaczanie punktu kompresji 1-decybelowej wzmacniacza za pomocą opcji Search -> Compression Search -> Comp&Sat na wykresie wzmocnienia wzmacniacza w funkcji mocy wejściowej.

Większość pomiarów z użyciem analizatorów sieci dokonywana jest w dziedzinie częstotliwości. Istnieje jednak również możliwość pracy w dziedzinie czasu. Tego rodzaju pomiary są stosowane na przykład do badania ciągłości toru radiowego, wykrywania uszkodzeń na łącznikach, rozgałęziaczach, a nawet do lokalizacji przerw na liniach transmisyjnych. Każda nieciągłość w torze jest widoczna na wykresie czasowym w postaci impulsu. Znając prędkość rozchodzenia się sygnału w danym ośrodku można określić miejsce nieciągłości, które potencjalnie możne być związane z jakąś usterką. Na rys. 9 przedstawiono pomiar toru transmisyjnego składającego się z dwóch odcinków o długości ok. 50 cm zakończonych złączami. Na wykresie wyraźnie są widoczne impulsy wyznaczające nieciągłości. Jak widać odpowiadają one długościom mierzonych odcinków.

Rys. 9. Pomiary w dziedzinie czasu wykorzystywane na przykład do lokalizacji uszkodzeń w torach radiowych.

Podsumowanie

Cel, jaki postawili sobie konstruktorzy analizatora ENA E5080A , to poprawa parametrów usprawniających i przyspieszających czynności wykonywane na liniach produkcyjnych urządzeń radiowych, gdzie przyrząd ten znajduje główne zastosowanie. Zadanie zostało zrealizowane z bardzo dobrym skutkiem, czego potwierdzeniem są dane techniczne opisywanego analizatora, przy czym parametry te nie stanowią granicy możliwości analizatorów Keysight. Obecnie Keysight produkuje analizatory obwodów pracujące w zakresie częstotliwości aż do 1,1 THz.

Keysight Technologies doskonale wykorzystał doświadczenie i wiedzę zdobyte podczas prac nad poprzednimi modelami, umiejętnie je podnosząc dzięki zastosowaniu nowych technologii. Tym samym firma ta, formalnie istniejąca od niedawna, potwierdza swoją wysoką pozycję wśród producentów elektronicznej aparatury pomiarowej.

Jarosław Doliński