ქსელის ვექტორული მაანალიზებლის შესახებ


agilent-vnaქსელის ვექტორული მაანალიზებელი Vector Network Analyzer (VNA) არის ხელსაწყო, რომლის მეშვეობით იზომება ელექტრული ქსელების მახასიათებლები (network parameters). ელექტრული ქსელი არ ნიშნავს კომპიუტერულ ქსელს (რომლის მეშვეობითაც ახლა ამ საიტზე ხართ შესული 🙂 ) : ის ნიშვნავს რაიმე ელექტრულ წრედს, ან ხელსაწყოს (გამაძლიერებელი, ფილტრი, ანტენა… ა.შ.)

ქსელურ მახასიათებლებში როგორც წესი იგულისხმება გაბნევის მახასიათებლები (Scatter ანუ S-parameters), თუმცა არსებობს მათი ბევრი სახეობა: z-parameters, y-parametersh-parameters, ABCD-parameters. როგორც წესი, იზომება s-პარამეტრები, რათა ისინი კარგად ახასიათებენ ქსელის პორტებს შორის გადაცემასა და არეკვლას სიხშირეთა რაღაც დიაპაზონში.

ერთი პორტიდან VNA უშვებს სიგნალს, ტალღას. ეს ტალღა ვრცელდება შეერთებულ სადენებში, ხელსაწყოში და ა.შ. მერე ინსტრუმენტი ზომავს გაგზავნილი ტალღის რა ნაწილი დაბრუნდა იგივე პორტში არეკვლის შედეგად და თუ რა ნაწილი გადაეცა ამ პორტიდან სხვა პორტში. დაახლოებით… 😛

არსებობს როგორც ვექტორული (VNA) ისე სკალარული (SNA) ქსელური მაანალიზებლები, თუმცა სკალარული თითქმის აღარ გამოიყენება, რადგან ის ზომავს მხოლოდ ამპლიტუდას. ხშირ შემთხვევაში კი გვაინტერესებს თან ამპლიტუდა თან ფაზა (იხ. კომპლექსური რიცხვი).500px-Rohde_&_Schwarz_Logo.svg ზოგადად ეს ხელსაწყოები კატასტროფულად ძვირია – ფუნქციონალიდან გამომდინარე, ღირებულება შეიძლება იყოს რამდენიმე ათეული (ასეული) ათასი დოლარი. ან გაცილებით მეტი… მაგალითად, ჩვენს ლაბორატორიაში ერთ-ერთი მაღალი სიზუსტის VNA, რომელსაც შეუძლია გაზომოს 50 GHz სიხშირემდე, ღირს მიახლოებით 750 ათასი დოლარი.

ვექტორული მაანალიზებლების ძირითადი სამი მწარმოებელი ფირმაა: Agilent, Anritsu, Rohde&Schwarz. გარდა ამისა, სამივე ფირმას აქვს შესანიშნავი სასწავლო მასალები, როგორც უფასო, ისე ფასიანი. მაგალითად,  ერთ-ერთ საუკეთესო წიგნად ვექტორულ მაანალიზებლებზე ითვლება “Fundamentals of Vector Network Analysis“, ხოლო სპექტრულ მაანალიზებლებზე (Spectrum Analyzer) – “Fundamentals of Spectrum Analysis“. ორივე დაწერილია Rohde&Schwarz-ის სპეციალისტების მიერ.

რაში მადგება VNA?

რაში და მის მეშვეობით ადამიანს შეუძლია გაზომოს ელექტრული ხელწაყოს მახასიათებლები სიხშირულ არეში (ანუ სიხშირეთა დიაპაზონში). მოვიყვან რამდენიმე (უხეშ) მაგალითს.

მაგალითად მაქვს გამაძლიერებელი და მინდა გავზომო მისი გაძლიერება (Gain) რაღაც სიხშირეებზე, ვთქვათ 500KHz…6GHz. სანამ ვინმე გამომეკიდება, ვიტყვი რომ VNA-ს ამ მიზნით გამოყენება სისულელეა, ეს არის მხოლოდ და მხოლოდ საილუსტრაციო მაგალითი.

ვიღებ ორ კაბელს და VNA-ს და SOLT დავაკალიბრებ მათ ბოლოებზე. დაკალიბრების შესახებ მოგვიანებით ვისაუბრებ, ჯერ-ჯერობით ჩავთვალოთ რომ გაზომვის “ნულოვან” დონეს ანუ ათვლის წერტილს ისე ვცვლი, რომ გაზომვაში კაბელების მიერ შეტანილი ხარვეზები (უზუსტობები) გათვალისწინებულია.

MC_ampკაბელების შეერთებისას დავინახავ, რომ გადაცემის S21 კოეფიციენტის დონე 0 dB დონეს მიჩვენებს (რაც წრფივ სკალაში 1-ს ტოლია) . ეს ნიშნავს რომ ერთი სადენიდან მეორეში სიმძლავრე გადავეცი სრულად. უხეშად რომ ვთქვათ, S21 პარამეტრი არის შეფარდება: ხელსაწყოს Port2-ზე “მოსული” სიმძლავრის იმ სიმძლავრესთან, რომელიც “გამოვიდა” Port1-დან. როგორც წესი რაც მეტია S21, მით უფრო კარგად გადავცემთ სიგნალს. ცხადია, პასიური წრედისთვის (სადაც გარე კვება არ არის) შეუძლებელია S21 იყოს 1-ზე მეტი.

ახლა კი ვიყენებთ ამ თვისებას გამაძლიერებლის დახასიათებლად! სანამ არ დავწვი VNA, დავუწევ მისი კვების წყაროს დონეს, მიახლოებით -30 dBm-დე. ჩავრთავ გამაძლიერებლის გასავალს (Out) ხელსაწყოს Port2-ში, ხოლო შემავალს – Port1-ში და გავზომავ S21-ს. ნელა ავუწევ გამაძლიერებლის DC კვების წყაროს ძაბვას სანამ არ დავაყენებ სათანადო დონეზე (მაგ. 5Vdc, 12Vdc). თან დავინახავ, თუ როგორ იზრდება S21 პარამეტრი კვების მატებასთან ერთად!

თუ ვხედავთ, რომ S21 პარამეტრი მეტია 0dB-ზე, ესეიგი ან საღაციდან გაჩნდა დამატებითი სიმძლავრე (ამ შემთხვევაში-გამაძლიერებლიდან), ან დაკალიბრებამ არასწორად ჩაიარა.

შედეგად შეიძლება მივიღო მსგავსი სურათი:

amp_gain

ამ გამაძლიერებელმა გამიძლიერა სიგნალი 0-დან 16 dB-დე 1GHz სიხშირემდე და 16…12 dB-ით უფრო მაღალ სიხშირეებზე.

* * *

კიდევ ბევრი რამის თქმა შეიძლება ანტენის არეკვლის კოეფიციენტის გაზომვით: შეგიძლია შეაფასო თუ როგორი შეთანხმებულია ის შენი კვების სისტემასთან და თუ რა სიხშირეებზე გამოასხივებს. საილუსტრაციოდ მოვიყვან რამდენიმე წლის წინ გაკეთებულ ვიდეორგოლს სადაც ასახულია დენის განაწილება ლოგოპერიოდულ დაბეჭდილ ანტენაზე (LPDA) :

სადაც S11 მაღალია (0dB-დე) – ესეიგი მიწოდებული სიმძლავრის დიდი ნაწილი დაბრუნდა ისევ ხელსაწყოში, ხოლო სადაც დაბალია (მიახ. -10dB-ზე ნაკლები უკვე კარგია), იქ ანტენა ან ასხივებს, ან სიმძლავრეს აბნევს გამოსხივების გარეშე.

ეს კონკრეტული ანტენა ასხივებდა 650MHz…2.2GHz დიაპაზონში, თუ დააკვირდებით S11 გრაფიკს, სიხშირული დიაპაზონის “კიდეებისკენ” S11 ამპლიტუდა იზრდება – ანტენა იმ სიშრირეებზე აღარ გამოასხივებს.

* * *

რა ამბავი დამიწერია, დროა დავიძინო, ღამის (დილის!) ოთხის ნახევარი ყოფილა… დიდი ალბათობით რაღაცაები არასწორად მესმის და არასწორად დავწერე, მაგრამ სტუდენტი ვარ და შემისწორეთ თუ ვინმემ იცით..! შეხვედრამდე!

Advertisements

3 thoughts on “ქსელის ვექტორული მაანალიზებლის შესახებ”

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s