R&S®ESSENTIALS | Fondamenti degli analizzatori di reti vettoriali e di spettro
Paul Denisowski, Product Management Engineer
Panoramica della misura delle perdite dei cavi
Tutti i cavi coassiali attenuano i segnali di radiofrequenza che li attraversano, e questa attenuazione è comunemente chiamata "perdita del cavo" o "perdita d'inserzione"
La perdita del cavo è funzione della lunghezza del cavo e della frequenza del segnale che passa attraverso il cavo. Mentre il segnale viaggia attraverso il cavo, una parte della sua energia viene assorbita a causa delle perdite resistive e dielettriche. Inoltre, le discontinuità causate dai connettori dei cavi, dalle curve o dai danneggiamenti possono riflettere parte dell'energia verso la sorgente, aumentando ulteriormente la perdita misurata. In generale, la perdita di un cavo aumenta linearmente con la lunghezza: raddoppiando la lunghezza si ottiene il raddoppio della perdita. Tuttavia, la relazione tra la perdita del cavo e la frequenza è più complessa e non è puramente lineare; le frequenze più elevate tendono a subire perdite maggiori.
La perdita è una specifica importante fornita dai produttori di cavi e viene spesso espressa in decibel (dB) per metro o piede. La natura dipendente dalla frequenza di questa perdita è solitamente rappresentata attraverso tabelle o grafici, e comprendere l'ammontare della perdita del cavo è importante per varie applicazioni RF.
Tuttavia, nonostante le specifiche fornite dal produttore, potrebbe essere necessario misurare la perdita effettiva dei cavi, specialmente quando il tipo di cavo è sconosciuto o quando fattori come la connettorizzazione o l'usura influenzano le prestazioni. Lo strumento più comune per misurare le perdita dei cavi è un analizzatore di reti vettoriale (VNA).
Un VNA è lo strumento più comune per la misura delle perdite dei cavi.
Ci sono due modi per misurare la perdita dei cavi con un VNA:
Misura su cavo a porta singola (S11 o misura di riflessione)
Misura a due porte (S21 o misura di trasmissione)
Misure a porta singola e misure a due porte
Per le misure a porta singola delle perdite dei cavi, viene utilizzata una sorgente o un generatore tracking per iniettare un segnale in un cavo. La frequenza di questo segnale viene trasmessa su un intervallo definito dall'utente. L'estremità lontana del cavo è lasciata aperta o terminata con un cortocircuito. In entrambi i casi, un segnale che raggiunge la fine del cavo verrà riflesso di nuovo verso la porta sorgente.
Alla porta sorgente, la quantità di potenza riflessa viene confrontata con la potenza trasmessa nota. La perdita del cavo in dB è l'attenuazione totale o "di andata e ritorno" divisa per due. Come accennato sopra, la perdita totale del cavo è funzione sia della frequenza del segnale che della lunghezza del cavo stesso.
Il segnale viene riflesso di nuovo verso la sorgente.
Prima di iniziare la misura, il VNA va configurato. Questo coinvolge tre gruppi principali di impostazioni:
Dopo la configurazione, è possibile collegare il cavo da misurare al VNA in due modi diversi:
Perché utilizzare un cavo del dispositivo in prova? Un cavo del dispositivo in prova è utile quando il cavo in prova ha un connettore difficile da raggiungere, come quando il cavo termina in un contenitore o è collegato a una torre o un palo. Un altro motivo è che un cavo del dispositivo in prova può ridurre l'usura e lo stress meccanico sulla porta dell'analizzatore. È possibile rimuovere l'effetto del cavo del dispositivo in prova sui risultati delle misure durante la calibrazione.
Impostazione della misura della perdita del cavo a singola porta con cavo del dispositivo in prova
La calibrazione è necessaria per effettuare misure accurate delle perdite del cavo. Per effettuare la calibrazione, si collegano in sequenza uno standard aperto (Open), uno standard corto-circuito (Short) e uno standard adattato (Match) o di carico (Load) al cavo in collaudo. Questi standard possono essere realizzati sotto forma di singoli standard discreti o possono essere combinati in una "T di calibrazione" Oltre a questi standard da collegare manualmente, possono essere utilizzate anche unità di calibrazione elettroniche (autocal); queste unità commutano automaticamente i loro standard interni e sono controllate dal VNA collegato.
La calibrazione è di solito un processo "segui le istruzioni" in cui il VNA indicherà quali standard devono essere collegati, in quale ordine e in quale momento. È un processo rapido (di solito solo pochi minuti) e le unità di calibrazione automatiche tendono a essere più veloci rispetto all'utilizzo degli standard manuali.
Diverse forme di standard di calibrazione
La modalità di collegamento dello standard di calibrazione al VNA dipende da come si collega il cavo sotto esame al VNA. In altri termini, se si collega il cavo sotto esame direttamente al VNA, anche gli standard di calibrazione vanno collegati direttamente alla porta dello strumento. Se si utilizza un cavo di un dispositivo in prova, anche gli standard di calibrazione vanno collegati all'estremità di tale cavo.
Collegamento degli standard di calibrazione per misure a porta singola
Diamo un’occhiata a un esempio di risultato della misura di perdita del cavo su singola porta. Nell'immagine sottostante, è possibile vedere la perdita del cavo in funzione della frequenza tra 1 GHz e 5 GHz, con l'asse y che mostra la perdita o l'attenuazione in dB. Questa forma d'onda è tipica in due modi:
È possibile quantificare la perdita del cavo mediando i valori minimo e massimo. In questo esempio, il valore minimo è -1,2 dB e il valore massimo è -3,5 dB, quindi la perdita sarebbe -2,35 dB.
Esempio di risultato della misura della perdita del cavo su singola porta
Ora, parliamo delle misure a due porte. Le misure a due porte sono da preferire rispetto alle misure a una porta in due casi:
Le misure a porta singola tendono ad essere meno accurate con livelli di perdita più elevati.
Per la maggior parte delle misure sui cavi a due porte, è possibile semplicemente collegare direttamente il cavo in prova a entrambe le porte dell'analizzatore. Tuttavia, se i cavi del dispositivo in prova vengono utilizzati per collegare il cavo in esame all'analizzatore, va eseguita una normalizzazione per rimuovere l'influenza dei cavi del dispositivo in prova dalla misura.
Normalizzazione quando si utilizza un cavo di un dispositivo in prova
La perdita del cavo nelle misure a due porte è ancora funzione della frequenza, ma la forma d'onda ha meno ondulazioni rispetto alle misure a una porta perché entrambe le estremità del cavo sono terminate sulla loro impedenza caratteristica. Sebbene ci siano molti casi in cui collegare entrambe le estremità di un cavo a un VNA sia impraticabile o non fattibile, le misure a due porte di perdita del cavo sono generalmente preferite rispetto alle misure a una porta di perdita del cavo.
Riassunto
Avete bisogno di ulteriori indicazioni su come misurare la perdita dei cavi? I nostri esperti sono qui per aiutarvi.
