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Cómo calibrar un analizador de redes vectoriales, VNA

Cómo calibrar un analizador de redes vectoriales, VNA

La calibración es un tema clave para cualquier equipo de prueba para garantizar que las lecturas realizadas estén dentro de los límites establecidos.

Para un analizador de redes de vectores de RF, la calibración es particularmente importante. El instrumento de prueba no solo necesita someterse a una calibración de período formal para garantizar que la unidad en sí esté funcionando dentro de los límites del fabricante, sino que también necesita una calibración por parte del usuario.

Esta calibración de usuario o sistemática es necesaria para garantizar que los efectos de los cables, conectores, etc. se anulen antes de que las mediciones del dispositivo bajo prueba se realicen utilizando el analizador de redes vectoriales, VNA.

Calibración periódica de equipos

Como cualquier otro elemento de equipo de prueba electrónico, un analizador de red de RF requiere que el equipo esté calibrado. De esta forma puede tener la seguridad de que dará resultados dentro de los parámetros establecidos en su ficha técnica.

Como todos los instrumentos de prueba varían con el tiempo, es necesario calibrarlos con estándares que se remontan a los estándares acordados internacionalmente.

Los laboratorios de calibración especializados pueden realizar esto, y para cualquier laboratorio de prueba y desarrollo de electrónica, es un requisito clave que todos los equipos de prueba se calibren periódicamente; normalmente, el fabricante del equipo informará sobre los períodos de calibración recomendados.

Calibración sistemática del usuario

Una de las actividades clave que se deben realizar antes de utilizar un analizador de redes vectoriales, VNA, es calibrar el sistema como un todo.

Los cables, conectores, el dispositivo de prueba y similares son errores sistemáticos en el sistema y deben anularse antes de usar el analizador de red VNA para que se puedan realizar las mediciones correctas.

Los errores en el sistema incluyen:

  • Pérdida de reflexión Como resultado de ligeros desajustes, habrá alguna pérdida como resultado de los reflejos.
  • Diferencias de fase introducidas por los conductores Todos los cables tendrán una longitud eléctrica, y esto puede adaptarse realizando la calibración del usuario.
  • Pérdida de transmisión Los cables u otros medios de transferencia de energía desde el analizador de red VNA al dispositivo bajo prueba introducirán alguna pérdida. Como las frecuencias pueden ser muy altas, esta pérdida puede ser notable e incluso si es pequeña puede alterar los resultados.
  • Directividad en el puerto 1 Errores como resultado de la directividad en el puerto 1.
  • Coincidencia de fuente en el puerto 1 El hecho de que la fuente no pueda proporcionar una coincidencia perfecta con el alimentador puede introducir una incertidumbre en la medición e incluso si es pequeña, debe tenerse en cuenta.
  • Coincidencia de carga en el puerto 2 Por muy buena que sea una carga, nunca habrá una combinación perfecta.
  • Diafonía Parte de la señal pasará por alto el dispositivo bajo prueba y se transferirá de su entrada a la salida sin pasar por el dispositivo. Por mucho que se controle el sistema, alguna señal evitará el dispositivo bajo prueba.

Al calibrar el sistema analizador de redes VNA antes de su uso, estos errores se pueden eliminar virtualmente y normalmente esto es muy fácil de lograr. A menudo, un usuario puede realizar una calibración de usuario del sistema antes de que se realice cada medición, ya que las fases pueden cambiar, el enrutamiento de los cables puede cambiar y todo esto puede causar diferencias que deben anularse.

Cuando se utilizan frecuencias muy altas, incluso mover los cables puede provocar cambios; incluso si se utilizan cables de fase estable de alta calidad, se pueden ver pequeñas diferencias que pueden cambiar los resultados de las pruebas con el analizador de redes de RF.

Es posible que sea necesario adoptar algunas técnicas diferentes de acuerdo con el sistema de prueba y la aplicación; comprender las diferentes técnicas disponibles permite lograr la calibración más rápida y precisa.

El primer paso en el proceso de calibración del usuario de un analizador de redes de RF es realizar algunas comprobaciones y acciones visuales simples:

  • Revise los conectores: Es fundamental que los conectores utilizados con el analizador de redes vectoriales no sufran ningún daño. Con el uso repetido, incluso por parte de los usuarios más cuidadosos, es posible que se produzcan desgaste y daños. Es necesario inspeccionar si hay suciedad en los conectores y también cualquier signo de desgaste o daño. Si algo es sospechoso, debe reemplazarse.
  • Limpiar conectores: Incluso si no se ve suciedad, vale la pena limpiar el conector de RF para eliminar la suciedad oculta. A altas frecuencias, incluso pequeñas cantidades de suciedad pueden causar problemas importantes. El aire comprimido es la mejor forma de conseguirlo. Debe ser inferior a aproximadamente 50 psi, de lo contrario, puede causar daños. También se puede usar alcohol isopropílico además de eliminar la grasa, pero no lo aplique con un paño ya que esto puede dejar pequeñas fibras.
  • Conecte los conectores al sistema: Cuando conecte los conectores al sistema VNA, tenga cuidado de atornillar solo la sección exterior del conector que está diseñada para una acción de tornillo. Deje que el centro se introduzca. Aunque a veces es tentador girar todo el conector, nunca lo haga, ya que puede causar un desgaste indebido y dañar el interior de precisión.
  • Apriete con llave dinamométrica: Al apretar los conectores, utilice siempre una llave dinamométrica, ya que esto garantizará que se logre el apriete correcto sin apretar demasiado, lo que puede dañar los conectores. Tenga cuidado de no dañar los conectores del analizador de redes vectoriales, ya que su reemplazo será muy costoso.

Técnicas de calibración de usuario de VNA

Hay varias técnicas que se pueden utilizar para la calibración del usuario de un sistema analizador de redes VNA.

La técnica de calibración del usuario de VNA elegida dependerá de una variedad de factores, incluido el sistema utilizado, la precisión necesaria frente al tiempo empleado, etc.

  • SOLT: El acrónimo de estándares SOLT para: Short, Open, Load, Through. Es una de las formas más sencillas de calibrar un analizador de redes vectoriales de RF. Para realizar esta forma de calibración del usuario del analizador de redes VNA, se necesitan estándares conocidos con un cortocircuito, circuito abierto, una carga de precisión (generalmente 50 ohmios) y una conexión directa.

    Esta forma de calibración del usuario es menos adecuada para las mediciones de guías de ondas, ya que es difícil obtener un circuito abierto o una carga.

  • TRL: Esta abreviatura significa Through Reflect Line y es una forma de calibración de usuario de VNA que se puede usar con sistemas no coaxiales como accesorios, sondas de obleas o con guías de ondas.

    La técnica TRL usa una línea con una impedancia característica correspondiente como impedancia de referencia, reemplazando el fósforo, y es idealmente una línea de aire. Es posible fabricar una línea de aire con impedancia característica más precisa que la de una coincidencia fija, por lo que la técnica ofrece una mayor directividad efectiva, mejorando la coincidencia del puerto de prueba.

  • TOM Esta técnica emplea estándares completamente caracterizados y, juntos, los dos estándares de un puerto se abren y combinan producen cuatro ecuaciones que se complementan con cuatro ecuaciones adicionales para el estándar directo. La conexión de estándares incorrectos o defectuosos, así como las conexiones eléctricas defectuosas, se pueden detectar inmediatamente después de que se complete esta técnica de calibración.

Además de estos, también hay varios otros métodos de calibración que se pueden utilizar.

Estándares de calibración para analizadores de redes de RF

Para proporcionar cortocircuitos, circuitos abiertos y cargas adaptadas, etc. Estos estándares de calibración de analizadores de redes vectoriales, que suelen ser redes de un puerto y dos puertos, se fabrican con un estándar muy alto. Estos tienen propiedades virtualmente ideales, aunque naturalmente se desviarán en una pequeña cantidad de lo ideal, ya que son artículos reales.

En vista del estándar con el que se han fabricado, no son artículos baratos de comprar y normalmente se guardan de forma segura en una caja protectora de madera. Esto ayuda a garantizar que no se sienten desprotegidos en un banco donde pueden dañarse con mucha facilidad. Estos estándares de calibración deben cuidarse, ya que pueden dañarse fácilmente si se dejan en un banco.

En vista del hecho de que es imposible fabricar patrones de calibración perfectos, esto se supera proporcionando al VNA las desviaciones de los patrones en términos de un archivo de datos. Esto permite que el analizador de redes de RF reduzca considerablemente los errores que se producirían incluso con los estándares de calibración. De esta manera, asegura que el analizador de redes vectoriales pueda proporcionar la mayor precisión posible para los resultados de sus pruebas.

Hay varios elementos en un kit de calibración VNA:

La calibración del usuario es una parte integral del uso de un analizador de redes de RF. Al asegurarse de que el sistema está calibrado correctamente, se pueden eliminar las incertidumbres que surgen de las conexiones al dispositivo bajo prueba. Sin la calibración del usuario del analizador de redes vectoriales, las longitudes de los cables y las características del soporte del dispositivo, etc., entran en el sistema y se pierden las características reales del dispositivo bajo prueba.

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