TP5 VNA - Propagation
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1. crans de la fa on suivante Activer dans le menu du haut Nwa Setup Display Dual split Chercher la gamme de fr quence pour laquelle un de ces 2 param tres est 0 dB e Relever les courbes en pointant cette gamme par 2 markers e Dans quel sens l onde passe t elle dans l isolateur 1 vers 2 ou 2 vers 1 Justifier Dans quelle gamme de fr quence 3 4 4 Sens de passage de l onde dans un circulateur Le circulateur utilis dans le TP Ligne fendue est un dispositif qui transmet l onde re ue sur une Entr e Sortie E S vers l E S adjacente mais uniquement celle qui est sa gauche ou sa droite londe tourne dans le sens des aiguilles d une montre ou dans le sens contraire Pour tester son fonctionnement il ne faut pas oublier de charger la troisi me E S non reli e l analyseur avec une charge adapt e 500 a Relier les port 3 et 1 de l isolateur aux 2 ports de l analyseur 3 vers 2 et 1 vers 1 Visualiser simultan ment les param tres S21 et S12 Chercher la gamme de fr quence pour laquelle un de ces 2 param tres est tr s voisin de 0 dB e Relever les courbes en pointant la gamme par 2 markers e Dans quel sens l onde passe t elle dans l isolateur 3 vers 1 ou 1 vers 3 Justifier Relier les port 2 et 1 de l isolateur aux 2 ports de l analyseur 1 vers let 2 vers 2 Visualiser simultan ment les param tres S21 et S12 Dans la m me gamme de fr quence e Dans quel sens l onde passe t2. S11 en dB pour Zt 0 Q e Calculer le coefficient de r flexion S11 en dB pour Zt Zc 50 Q e Calculer le coefficient de r flexion S11 en dB pour Zt 100 Q 2 2 Mesure des param tres S12 et S21 d un isolateur Un isolateur laisse passer l onde dans un sens mais la bloque dans l autre La mesure S21 et S12dans le montage ci contre donne 15121 30 dB S211 0 5 dB e Dans quel sens l isolateur est passant DO gt ou gt 1 2 2 3 P riodicit fr quentielle E E Le relev du coefficient de r flexion en cHe 311 aB MAG L 45 dB Ts aE Vi 27 45 dE 2z 592002150 CHz entr e d une ligne de longueur L 0 20 m a donn la courbe ci contre e En d duire la vitesse de propagation START S kHz 500 MHz STOF 4 GHz F 864 MHz et 511 37 4348 F 452MHz et 11 40 71dE IUT de Grenoble RT TpVNAPropal4 doc 3 10 07 14 3 MESURES 3 1 Pr cautions de manipulation L analyseur vectoriel est un appareil tr s cher 15000 et les mesures en hyperfr quence demandent un soin particulier pour tre reproductibles Des pr cautions sont n cessaires ce sont e Garder toujours les m mes conditions de mesure positions des c bles et serrages des connecteurs e Ne jamais d visser un connecteur femelle le faire exclusivement avec un connecteur m le e Eviter les torsions des c bles et les rayons de courbure trop petits 3 2 Kit de calibration Pour calibrer l appareil le d partement dispose d une cl
3. SCIENCES TECHNOLOGIE MEDECINE R seaux amp UNIVERSITE JOSEPH FOURIER A T l communications GRENOBLE RESEAUX amp TELECOMMUNICATIONS RI2A M IUU TP5 VNA Propagation ona universitaire de ARRETE S3 Cycle 2 Module M3205 Mat riel Analyseur de r seau vectoriel Rohde amp Schwarz ZVL isolateur 1 circulateur 1 filtre 1 att nuateur 2 bobines de 100 m de c ble coaxiale l raccord SMA f BNC 2 raccords SMA f BNC M Sur connecteur SMA f 100 Q CMS Circuit ouvert Court circuit et 2 charges 50 Q 1 c ble d imp dance caract ristique 50 Q SMA m SMA f 1 bouchon 50 Q avec raccord BNC f BNCP 1 clef dynamom trique pour serrer correctement les connecteurs SMA 1 PRESENTATION 1 1 Pr sentation g n rale de l analyseur de r seau L analyseur de r seau est un appareil qui permet la mesure de la r ponse harmonique de quadrip les lin aires c est dire dont les signaux de sortie et d entr e sont sinuso daux et de m me fr quence A cause des ph nom nes de propagation d ondes lectromagn tiques la notion de tension ou de courant perd de son sens en haute fr quence la mesure de la r ponse harmonique ne se fait donc pas par l interm diaire d une fonction de transfert classique s e mais par l interm diaire des param tres S qui caract risent la r flexion et la transmission des ondes sur chacun des acc s ou ports du quadrip le figure 1 L analyseur est vectorie
4. alibration enregistr e Activer FILE Recall Path C Calibration Files Cal RT 9K 500M_1K 0dB zvl dfl Recall 3 5 1 Cas id al la ligne est charg e par la charge adapt e Zt 500 En th orie avec l ABAQUE DE SMITH e Calculer l imp dance r duite zr Placer son affixe not A sur l abaque de Smith Dessiner le cercle repr sentatif associ e Lire sur l chelle REL Coeff de l abaque de Smith la valeur du coefficient de r flexion th orique 1 ug correspondant ce cercle Lo Mesure avec l analyseur vectoriel pe D Ha Jo 03 Installer la charge adapt e en sortie de ligne Visualiser S11 au format SMITH e Relever le trac obtenu e Cela correspond il la pratique Commenter 3 5 2 2 me cas la ligne est charg e par un circuit ouvert En th orie avec l ABAQUE DE SMITH gt e Calculer l imp dance r duite zr Placer son affixe not B sur l abaque de Smith Dessiner le cercle repr sentatif associ e Lire sur l chelle RFL Coeff de l abaque de Smith la valeur du coefficient de r flexion th orique L rxr correspondant ce cercle Mesure avec l analyseur vectoriel Installer le circuit ouvert en sortie de ligne Visualiser S11 en mode complexe SMITH e Relever le trac obtenu e Cela correspond il la pratique Commenter 3 5 3 2 me cas la ligne est charg e par un court circuit Selon le poste le court circuit est le connecteur sur lequel a t soud une plaque ou le con
5. e jusqu ce qu un demi tour de cercle soit boucl Quelle est l imp dance mesur e Justifier sa valeur Est ce un n ud ou un ventre e Mesurer la fr quence correspondante Justifier sa valeur sachant que la vitesse de propagation dans ce c ble est de 2 x 10 m s e Relever le trac obtenu avec les 2 marqueurs 3 6 Caract risations d un c ble 3 6 1 Mesure de l Att nuation Installer la bobine de 100 m de c ble coaxial c ble 50 2 entre le port 1 et le port 2 l aide des 2 raccords BNC SMA On va encore se limiter en fr quence en chargeant un nouveau fichier de calibration qui travaille entre 9kHz et 50 MHz v Activer la RAZ par PRESET Y Rappeler la calibration enregistr e Activer FILE Recall Path C Calibration Files Cal RT 9K 50M_100_0dB zvl dfl Recall Quelles sont les param tres Sy qui permettent de mesurer l att nuation Relever le param tre S21 en mode dBmag en pla ant 2 marqueurs 10 MHz et 40 MHz Donner l att nuation 10 MHz et 40 MHz e V rifier que l att nuation est proportionnelle VE Installer une deuxi me bobine la suite de la premi re e Relever le param tre S21 en mode dBmag en pla ant 2 marqueurs 10 MHz et 40 MHz e Donner l att nuation a 10 MHz et 40 MHz e V rifier que l att nuation est proportionnelle a L 3 6 2 Mesure de la vitesse de propagation e Relever le coefficient de r flexion en entr e de la bobine param tre S11 en mode dBmag en p
6. ef bleue Elle est galement tr s cher 1500 et contient les 4 dispositifs n cessaires la calibration e MATCH charge adapt e 50 Q e OPEN charge en circuit ouvert e SHORT charge en court circuit e THRU adaptateur SMA SMA pour la transmission directe du portl vers le port 2 Pour la manipulation vous disposez dans une bo te en plastique des 4 dispositifs quivalents ceux qui sont sur la clef bleue La charge adapt e est grise le circuit ouvert fait appara tre le c ur du connecteur le court circuit est muni d une plaque soud e sur le connecteur 3 3 Prise en main de l analyseur VNA Ne jamais d connecter les 2 c bles du VNA 11 3 3 1 Mise sous tension e Activer le bouton marche arr t 1 Pour se logguer utiliser comme Nom utilisateur root Mot de passe toto 3 3 2 Calibration e Activer la RAZ par PRESET 2 e Rappeler la calibration enregistr e Activer FILE 3 Recall Path CACalibration Files Cal RT 9K 3G _1K 0dB zvl dfl Recall IUT de Grenoble RT TpVNAPropal4 doc 4 10 07 14 La calibration est r alis e entre 9kHz et 3 GHz 9K_3G avec RBW 1 kHz 1K et sans att nuation interne 0dB V rifier la en installant la charge adapt e MATCH sur le port 1 puis visualiser S11 format complexe vous devez obtenir un point au centre de l abaque de Smith Faire de m me pour le port 2 S 1l est n cessaire de refaire une calibration suivre la m thode accessible
7. elle dans l isolateur 2 vers 1 ou 1 vers 2 Justifier Relier les port 2 et 3 de l isolateur aux 2 ports de l analyseur 2 vers 2 et 3 vers 1 Visualiser simultan ment les param tres S21 et S12 Dans la m me gamme de fr quence e Dans quel sens l onde passe t elle dans l isolateur 2 vers 3 ou 3 vers 2 Justifier e Conclure sur le sens de d placement gt gt gt Dans quelle gamme de fr quence ce circulateur fonctionne correctement 3 5 Utilisation de S11 pour mesurer des imp dances en entr e d un c ble 50 Q Soit une ligne d imp dance caract ristique 50 Q de longueur L 1m c est le c ble bleu ou argent avec connecteurs SMA qui se trouve dans le tiroir mis votre disposition En choisissant le format SMITH vous tracez le coefficient de r flexion En th orie son module est constant le trac est donc un cercle le cercle caract ristique dont le rayon est gal la valeur absolue IT ZC ZT ZC Appliquer la ligne sur le port 1 de l analyseur du coefficient de r flexion II 1 Ligne de longueur L Z 5Q Z 5Q Charge ZT Plans de r f rence Pi IUT de Grenoble RT TpVNAPropal4 doc 7 10 07 14 Les charges que vous allez installer la terminaison changent lorsque la fr quence est trop grande On va donc se limiter en fr quence en chargeant un nouveau fichier de calibration qui travaille entre 9kHz et 500 MHz v Activer la RAZ par PRESET v Rappeler la c
8. iff rents talons connus La m thode la plus utilis e est dite OSL de l anglais Open Short Load elle consiste en la mesure de la r ponse en fr quence d un circuit ouvert d un court circuit et d une charge adapt e 50 Q Ces talons sont mesur s successivement et les mesures obtenues pour ces l ments de r f rence sont stock es dans l analyseur Ensuite lors de la mesure d un dispositif inconnu ces mesures seront automatiquement soustraites de la mesure pour ne conserver que la r ponse du dispositif On peut faire une comparaison avec le tarage d une balance Ceci tant fait la derni re tape automatique de calcul permet de d finir un plan de r f rence lectrique figure ci dessus P P Plans de r f rence PF et Po 1 3 Rappel th oriques Imp dance ramen e a l entr e d une ligne Ligne adapt e L imp dance ramen e est toujours Zc en n importe quel point de la ligne et en particulier son entr e Zg Zc Ligne non adapt e l expression de l imp dance ramen e la source Zg par une ligne suppos e a zz e HiZotgBl sans pertes de longueur 1 charg e par une imp dance Zr est Ze Zcx Ze Zr tg Bl 27 2nxf avec P i V o f est la fr quence et v la vitesse de propagation On constate que Zg est p riodique puisque Zg est fonction de tg B1 dont la p riode est B1 kr soit fl 7 kx o P riodicit spatiale Si la fr quence F est constante mais sion 7 se d
9. ionner la mesure S11 S22 S12 ou S21 Front Panel Simulation ou le format dB MAG PHASE SMITH ou Mwa File Trace Channel Nwa Setup Help l chelle SCALE il y a 2 m thodes passer par les touches ou CLIC Droit sur le param tre que vous voulez changer en haut et gauche de l cran IUT de Grenoble RT TpVNAPropal4 do Pour visualiser IS11 en fonction de la fr quence suivre la proc dure suivante MEAS S11 ou CLIC D FORMAT dB MAG ou CLIC D SCALE SCALE par DIV 10 dB ou CLIC D SCALE Ref Value 0 dB ou CLIC D SCALE Ref Position 9 0dB sera 9 carreaux partir du bas ou CLIC D Pour pointer une fr quence avec un marqueur suivre la proc dure suivante MKR le faire glisser l endroit d sir 3 4 Utilisation du param tre S21 pour qualifier des composants Il permet de mesurer la partie transmise de l onde entre le port 1 et le port 2 Les applications sont multiples 3 4 1 Qualification d un att nuateur Soit l att nuateur 20 dB Radiall Relier les entr es et sorties de l att nuateur aux 2 ports de m l analyseur Ceci revient consid rer que l entr e du filtre est sur le port 1 et la sortie sur le port 2 Relever les variations de S21 dB MAG Placer un marker 1 GHz Quelle est l att nuation a 1 GHz Est elle de 20 dB 3 4 2 Bande passante du filtre n4 ou n2 Le filtre ruban n 1 les capacit s et selfs sont de
10. l car il donne acc s au module et la phase de ces param tres contrairement un analyseur scalaire qui ne donne que l information du module Connecteur SMA Figure 1 sch ma de la signification des param tres S On rappelle la signification physique des param tres Si A C est le facteur de r flexion a l entr e la sortie tant adapt e E a 0 S A C est le facteur de transmission entr e sortie la sortie tant adapt e di a 0 b as Pog Sa A C est le facteur de r flexion en sortie l entr e tant adapt e de a 0 Si E C est le facteur de transmission sortie entr e l entr e tant adapt e 4 a 0 e O a 2 e 2 A O 2 La puissance transmise correspond a Sal et la puissance r fl chie S Si Acc s 1 Acc s 2 Figure 2 R partition de la puissance dans le cas d une excitation de l acc s 1 IUT de Grenoble RT TpVNAPropal4 doc 1 10 07 14 1 2 Calibration Il est impossible de mesurer directement les param tres Sij d un dispositif quelconque mais seulement des param tres globaux faisant aussi intervenir les lignes coaxiales d amen e et les diff rents connecteurs C est le r le de l talonnage ou calibration de supprimer les contributions parasites afin de ne conserver que la contribution du dispositif seul Toutes les m thodes d talonnage existantes visent donc corriger des termes d erreur syst matiques d termin s par la mesure de d
11. lacant 2 marqueurs sur 2 minimums adjacents e Fn d duire la vitesse de propagation sachant que le c ble a une longueur de 100m IUT de Grenoble RT TpVNAPropal4 doc 9 10 07 14 07 026 0 25 0 24 02 E REFLECTION COEFFICIENT IN DEGR e 0 2 y FE REC gt Ss Ex a x E 21 el Sl E ml S E E SJ a FRS BTE ga ON CS HS SRE O test 7 CRE is LL SR L TE D E Y G LES SS ET j F a hz PA un E L a 7 LS EE SSSR LT E F LITE SS SE jii SOON ECO or 5 TRIER SAS le te 7 5 Le L PATES a Tate s 3 pz A SS UT EE CES SE TS ES z TRES JA TS EL lt Le UA PT SS TTT ASI m S RSR SE q N Q LT ENS RSR TTT EEES elite RES LS 1 D i A AKR 2 QE EXO S F fea alls bbs FRERES tus E y Eg CR RTE EEE TEJER q Q PITA C O S En ta ei di ETS A g RES Er Y ES A Som 1 3 ei PRIETO 3 at sis xl al gt Qu E aus gt lt La STZ a Y go 3 AS a al J ES CEE si di 3 O T 17 LA se 187 7 a Z e ST g O AS HE 2 A a ts S 5 2 sons na Tel 1 Le ER EEE ef g g LIT el ATA als Ta a a a E HE ER Herri sd mal Sr i ITTI e T i L S FRERE less s re EEE EE A US e E DETTE a Eea J at aa 3 919 3 A elses e gt FEL gt E A A MO LONA YM be o 6v0 n SES SY TpVNAPropal4 doc 10 10 07 14 IUT de Grenoble RT
12. necteur dor A En gore avec l ABAQUE DE SMITH Calculer l imp dance r duite zr Placer son affixe not C sur l abaque de Smith Dessiner le cercle repr sentatif associ e Lire sur l chelle REL Coeff de l abaque de Smith la valeur du coefficient de r flexion th orique 1 rg correspondant ce cercle Mesure avec l analyseur vectoriel Installer le court circuit en sortie de ligne Visualiser S11 en mode complexe SMITH e Relever le trac obtenu e Cela correspond il la pratique Commenter IUT de Grenoble RT TpVNAPropal4 doc 8 10 07 14 3 5 4 3 me cas la ligne est charg e par la r sistance de 100 Q En th orie avec l ABAQUE DE SMITH e Calculer l imp dance r duite zr Placer son affixe not D sur l abaque de Smith Dessiner le cercle repr sentatif associ e Lire sur l chelle RFL Coeff de l abaque de Smith la valeur du coefficient de r flexion th orique lug Correspondant ce cercle Mesure avec l analyseur vectoriel Installer la r sistance de 100 Q CMS en sortie de ligne Visualiser S11 en mode complexe SMITH Est ce le cercle attendu Mesures basse fr quence la fr quence START de 9 kHz e Placer le marqueur 1 sur cette Fr quence START Quelle est l imp dance mesur e Comparer la valeur de la r sistance Est ce un n ud ou un ventre Mesures sur le c t oppos du cercle e Placer le marqueur 2 sur cette fr quence START puis augmenter doucement sa fr quenc
13. place sur la ligne TP ligne fendue l imp dance ramen e ne d pend que de la longueur 1 de la charge Il y a alors p riodicit spatiale avec Al EA i O 0 2 0 4 06 0 8 1 1 2 1 4 16 1 8 2 Si on se d place de 2 on retrouve les m mes valeurs 60 Impedance ramenee 60 50 P riodicit fr quentielle 80 Dans ce TP l imp dance est toujours mesur a la mpedance ramenee m me distance 1 de la charge l est donc constant et l imp dance ramen e ne d pend que de la fr quence Il y a alors p riodicit fr quentielle avec AF 21 Si on augmente la fr quence de al on retrouve frequence en MHz les m mes valeurs 100 1100 2100 3100 IUT de Grenoble RT TpVNAPropal4 doc 2 10 07 14 Dans les 2 cas la tension r sultante est dans l abaque de Smith un Crise vecteur qui se d place sur le cercle caract ristique c est un cercle PO ne ES seulement s il y a aucunes pertes qui repr sente le lieu du coefficient de a i r flexion Dans le cas de la p riodicit spatiale TP ligne fendue on fait un tour de cercle lorsque l on se d place de Al Dans ce TP on fait un tour de cercle lorsque la fr quence change de Ye ann 2l Mais dans les 2 cas on se d place sur ce m me cercle caract ristique 2 Pr paration 2 1 Influence de la charge sur le coefficient de R flexion S11 Soit une ligne d imp dance Zc 50 Q charg e par une imp dance Zt e Calculer le coefficient de r flexion
14. s portions de circuit imprim est de type Butterworth mais le filtre ruban n 2 est de type Chebyshev Principe de construction Relier les entr es et sorties du filtre aux 2 ports de l analyseur Ceci revient consid rer que l entr e du filtre est sur le port 1 et la sortie sur le port 2 Observer les variations de S21 dB MAG A partir de cette courbe Donner votre n de filtre D terminer le type de filtre Mesurer sa fr quence centrale Le mode MKR gt gt Marker Search offre la possibilit de se caler T dB automatiquement sur le maximum Relev ainsi les variations de S21 en pointant avec 2 marqueurs les 2 fr quences stop 30 dB eas Mesurer ses deux fr quences stop pour lesquelles il T min coupe au moins 30dB ITI lt 30dB f Que se passe t 1l quand on observe le param tre dual 5 ES Ceci revient consid rer que l entr e du filtre est cette fois sur le port 2 et la sortie sur le port 1 Y a til r versibilit du dispositif IUT de Grenoble RT TpVNAPropal4 doc 6 10 07 14 3 4 3 Sens de passage de l onde d un isolateur L isolateur utilis dans le TP Antenne est un dispositif qu laisse ES a passer l onde dans un sens mais pas dans l autre Racal MESL Relier les 2 ports de l isolateur aux 2 ports de l analyseur 1vers1 2 vers 2 il 1 2 ae Visualiser simultan ment les param tres S21 et S12 Pour voir la fois S21 et S12 il faut afficher 2
15. sur le site Aides Techniques Appareils Calibration ZVL 3 3 3 Configuration IP L analyseur est connect au PC par liaison ethernet avec les adresses IP suivantes PC 192 168 1 2 VNA 192 168 1 3 Pour le v rifier suivre la proc dure suivante e Activer le bouton SETUP 4 General Setup Network Address IP Address 3 3 4 Commande distance de l analyseur Nous allons pr sent prendre la main sur l analyseur par le PC Lorsque ce sera fait la face avant de l analyseur ne sera plus op rationnel Suivre sur le PC la proc dure suivante e V rifier d abord la connexion r seau D marrer Ex cuter cmd Tester un ping vers l adresse IP de l analyseur valeur trouv e pr c demment e Lancer Connexion bureau distance Programme accessoire Communication Connexion bureau a distance Entrer l adresse IP de l analyseur Entrer le nom d utilisateur root Mot de passe toto e Il faut la fois avoir acc s votre bureau local de PC et aussi avoir acc s toutes les touches de l analyseur Pour cela nous vous conseillons de R duire la fen tre principal Bureau distance pour acc der directement Window XP et sa barre des t ches R duire la fen tre fille Front panel simulation avec boutons du VNA Jouer sur la taille de ces 2 fen tres pour voir touts les boutons de la face avant Agrandir au maximum la fen tre fille setl avec cran du VNA 3 3 5 Mode d emploi Pour s lect
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