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Analyse de réseau scalaire 18 GHz (page 3) Wiltron 561 + Générateur Wiltron 68147A |
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Introduction |
Maj : 16/06/09
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La première page décrit le principe des mesures scalaires, ces généralités ne seront pas reprises ici. |
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Les limites du scalaire
L'analyseur scalaire est le point d’entrée « économique » pour la mesure de réseaux. Il utilise des détecteurs simples qui ne donnent que des informations d’amplitude pour caractériser les deux seuls paramètres mesurables du DUT (device under test), S21, le direct et S11, le réfléchi.
Un analyseur vectoriel donne l’information capitale supplémentaire, la mesure de phase, il offre une dynamique plus grande et donne accès aux abaques de Smith et diagrammes polaires.
Il est évident que l’analyseur vectoriel est l’outil idéal, mais il a pour seul défaut son prix élevé, les mesures vectorielles de 0 à 20 GHz ne sont pas à la portée de tous les amateurs.
Le scalaire est l’analyseur de pauvre, mais il permet déjà des mesures pertinentes.
Prise en main de ce matériel
Cet analyseur de réseau scalaire est performant mais plein de subtilités, et beaucoup moins évident qu’il n’y parait au premier abord.
Il faut beaucoup de pratique et un bon générateur pour en exploiter les possibilités et faire des mesures de qualité, un manque de réflexion entraîne des résultats farfelus. Pour mémoire :
S11 : coefficient de réflexion à l'entrée lorsque la sortie est adaptée ;
S12 : coefficient de transmission inverse lorsque l'entrée est adaptée ;
S21 : coefficient de transmission direct lorsque la sortie est adaptée ;
S22 : coefficient de réflexion à la sortie lorsque l'entrée est adaptée.
Vérification du pont réflectométrique
La première mesure indispensable consiste à tester le pont, coeur du système de mesure, sur les meilleures charges possibles. Les pics seront analysés avec des lignes à air afin de déterminer s'ils proviennent de défauts des charges ou du pont. Il faut prendre la moyenne de ces courbes, en éliminant ces pics liés aux charges imparfaites. Matériel mis en jeu pour le test (kit APC7 en prêt de F1LVO) Mesures 0-20 GHz |
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Ce test fondamental est fait entre 0 et 20 GHz avec trois charges de précision. Au préalable pont branché sur "open" puis sur "short", le 0 dB de référence est calé avec précision en haut de l'écran. Le pont s'avère utilisable jusqu'aux 18 GHz annoncés par les spécifications, mais ce n'est pas un "Option 1", il n'est pas haute directivité !
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 Pont réflectrométrique Wiltron 18 GHz (Prise N) SWR Autotester 560-97NF50 |
Pourquoi mesurer jusqu'à 20 GHz ?
Les ponts, sondes et autres matériels s’écroulent rapidement au-delà de 18 GHz, les mesures deviennent alors fantaisistes.
La limite de 20 GHz a simplement été choisie pour simplifier l’interpolation avec 2 GHz par carreau.
La partie au-delà de 18 GHz (dernière colonne) est à ignorer.
Atténuation dans les des ponts réflectométriques
Tous les ponts et autotesteurs absorbent de la puissance, de l’ordre de 8 à 9 dB suivant la fréquence.
En sortie du pont, le niveau sera donc nettement plus faible qu’en sortie du générateur utilisé pour le balayage. Cette perte est importante, et posera parfois des problèmes pour des mesures avec des dispositifs à forte atténuation, il faut de la puissance pour sortir le signal du bruit.
Curiosité de mesure
En mode power, un détecteur indique après étalonnage, la puissance réelle en dBm du signal mesuré.
Avec un pont réflectométrique comportant un détecteur incorporé, la sortie ouverte ou fermée (open ou short), toute l’énergie est réfléchie vers le détecteur interne (ROS infini).
On s’attendrait donc à lire en mode « power » la puissance d’entrée exacte, il n’en est rien, la puissance lue est d’environ 12 dB en dessous de la puissance vraie.
Mesure de détecteurs (10 MHz à 18.5 GHz) en prises N, 560-7N50 sur l'autotester 560-97NF50. Mesures 0-20 GHz |
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Premier détecteur N Il avait d'origine un ROS très médiocre. Un démontage avec remise en place du blindage de la diode a considérablement amélioré son comportement. Il ne fait pas mieux que 18 dB de retour (ROS=1.3), avec une mauvaise remontée du ROS à 1.4 sur 12.8 et 17 GHz . Il faudra l'étalonner (par les 2 potentimètres intérieurs), il est à 0.5 dB au-dessus du nominal (axe médian)
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Second détecteur N
Il n'a pas été démonté, l'étalonnage est bon. Parfait en desssous de 4 GHz, il est bon à mieux que -30 dB. De 0 à 11.4 GHz, il est parfait à mieux que -30 dB (ROS = 1.065), sauf une mauvaise remontée du ROS sur 7.6 GHz (ROS = 1.22). Au dessus de 12 GHz, il se dégrade avec un médiocre -15 dB à 17 GHz (ROS = 1.43).
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Atténuateur programmable 127 dB Weinschel
Les outils de mesure étant connus, il est maintenant possible de tester des composants.
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Le premier relevé montre la perte d’insertion à 0 dB (aucune des cellules binaires n'est activée). La courbe supérieure correspond à la pente du générateur, câbles et raccords, en remplaçant l’atténuateur par un simple manchon SMA. Il faut retrancher cette courbe aux suivantes. La perte d’insertion est de 3 dB vers 1.2 GHz et 5 dB vers 2.4 GHz
Les résonances à 2 et 4 GHz correspondent à la longueur interne de la ligne d’environ 12 cm (quart d’onde à 2 GHz). Les résonances à 0.3 et 4.2 GHz sont non expliquées.
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Le deuxième relevé ne montre que les atténuations en enclenchant séparément chaque cellule. Les courbes sont à 0, 1, 2, 4 ... dB Il est inutile de montrer les autres courbes du réfléchi qui change pour toutes les combinaisons mais qui ne se dégrade jamais trop. La combinaison de plusieurs cellules donne bien le résultat attendu.
Les cellules 1, 2 4, 8 et 16 dB sont très proches des valeurs attendues jusqu’à 3 GHz et peu influencées par la fréquence, mais s’écroulent ensuite. Pour la cellule 32 dB, la situation se dégrade totalement en haut de bande (capacités parasites internes), avec un trou abyssal vers 3.7 GHz ! La cellule 64 dB n’est pas activée car non mesurable, le signal devient inférieur au bruit du détecteur. |
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Circulateur à ferrite Thomson 4 GHz
Ce circulateur à ferrite Thomson a été trouvé dans une brocante. Vous trouverez dans la page précédente la même mesure faite avec mon ancien matériel, cela permet de voir l'amélioration des conditions. |
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Circulateur Thomson, sens passant
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Circulateur Thomson, sens bloquant
Interprétation de ces mesures
Ces mesures sont plus précises que les précédentes avec l'utilisation d'un pont à haute directivité et d'un générateur très propre.
La courbe passante montre un bon ROS inférieur à 1.22 (-20 dB) et une faible perte (moins de 1 dB) de 3.3 à 4.7 GHz.
La courbe inverse montre qu'il est exploitable sur la mème plage, et vraiment exceptionnel à la fréquence de 3.65 GHz.
Il est donc considéré comme utilisable de 3.3 à 4.7 GHz autrement dit à 4 (+/-) 0.7 GHz.
Remarque
Ce choix d’échelle fréquence est purement didactique, pour ajuster les GHz sur le graticule. La première mesure dégrossie, il est évident qu’il ne faut s’intéresser qu’à la seule partie utile de 3 à 5 GHz.
Ma documentation disponible / My documentation available :
Model 561 Scalar network analyzer _ Operation manual _ P/N 100410-0018 _ april 1988
Model 561 Scalar network analyzer _ Maintenance manual _ P/N 100410-0020 _ april 1989 (big with A3 diagrams)
Also manual for Model 56 Scalar network analyzer _ Operation and Maintenance manual _ P/N 5600 OMM_ april 1989 (Full schematics)
DVD_Electronique_Manuels\Wiltron\Wiltron_56x_scalar |
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Taille |
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26.223.740 |
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3.424.207 |
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10.484.031 |
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11.029.473 |
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3.569.182 |
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Total 55 Mo
Liens analyseurs scalaires de réseau
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