VNA测量的不仅仅是组件

PCB

RF工程师使用矢量网络分析仪（VNA）来表征连接器，电缆，滤波器，放大器，PCB走线等组件。VNA也成为信号完整性工程师的重要工具。但是，这些工程师经常使用的高端工作台VNA价格昂贵，运行数十万美元。低成本的手持式和USB VNA使散射参数（S参数）测量可用于新的应用。现在的应用包括材料表征，积雪深度和成分，土壤成分，医学成像等。

VNA本质上是一种高频源测量单元。它将一个物体或电路激发到一系列RF频率，并测量离开被测电路或材料或反射回源的响应幅度和相位。大多数便携式和USB VNA提供两个端口，每个端口都可以发送和接收RF波。这导致四次测量，通常被描述为2x2矩阵。图1显示了矩阵和四个S参数以及它们与双端口器件或被测材料的关系。高端工作台VNA可能有两个以上的端口。

图1双端口器件，系统或测试对象连接到双端口VNA，当连接到双端口VNA（VNA未显示）时，产生2×2矩阵的S参数。

如果您熟悉S参数，则跳转到第2页以寻找不寻常的VNA应用程序。 S11和S21被称为前向S参数，因为入射波在端口1处进入被测设备或材料。S11定义为在端口1反射的波与在端口1进入的入射波的比率（参考文献1）。

S21定义为在端口2处出射的波与在端口1处进入的入射波的比率。

S22和S21是反向S参数。S22是端口2反射的波除以进入端口2的入射波的比率。

S12是波输出端口1与进入端口2的入射波的比率。S参数值（幅度和相位）随频率而变化。

图1中的DUT 不必是电气设备。实际上，它可以是任何事情。但是，您需要一种向VNA发送信号和从VNA接收信号的方法。电气设备通常具有连接器以通过电缆将其连接到VNA端口，或者它们可以连接到PCB。其他物体或物质可能需要不同的接口，例如天线。 VNA探测到雪地
Jakop Reistad使用VNA作为他的硕士学位论文的一部分，他在那里评估了一个用于通过挪威雪发送和接收信号的共振探头（图2）。

图2此探头插入雪中并连接到VNA，用于测量雪的深度和密度。资料来源：挪威北极大学Jakop Reistad。

Reistad使用了一个 miniVNAtiny，迷你无线解决方案的低于600美元的USB VNA。它的频率范围是1 MHz至3 GHz（图3）。

图3 Mini Radio Solutions的miniVNATiny可让您以低于600美元的价格对设备和物体进行表征。它的频率范围是1 MHz至3 GHz。

“介电常数是一个复杂的数量，”Reistad解释说，“有一个实部和虚部。对于干雪，介电常数几乎完全是真实的，真实部分几乎与雪密度线性变化。随着含水量的增加，因此，感兴趣的两个主要“物理”参数是密度和含水量。这些是雪崩预测和其他可能用途的最重要参数。“ 为了计算介电常数并从中计算出雪密度，Reistad必须首先找到雪的共振频率，这是他从S参数测量得到的。“共振频率与介电常数成反比，”他在给EDN的电子邮件中解释道

。“我们可以通过研究共振探头的品质因数来发现湿度。增加水含量会降低品质因数并扩大频率图上的共振峰。探头设计为在VNA的频率范围内产生共振。” 材料特性 Compass Technology开发定制夹具，客户使用这些夹具在材料设计到产品之前获得材料的固有特性。“材料的内在特性描述了它的表现，”John Schultz说。该公司还使用自己的灯具提供射频特性描述服务。图4显示了该公司在2018年国际微波研讨会上展示的一个这样的夹具。

图4 Compass Technology的测试夹具使用定制天线，可以从VNA发送和接收信号到被测材料。摄影：Martin Rowe。
在图4中，Copper Mountain Technologies的VNA提供了用于计算S参数（幅度和相位）的信号源和接收器。根据这些参数，专有软件计算被测材料的固有特性。感兴趣的参数是材料介电常数和磁导率的实部和虚部。在Compass Technology测试的材料包括低损耗和高损耗材料。低损耗材料通常用于天线，而高损耗材料可能成为吸收器，例如那些连接RF测试室的吸收器。虽然该公司通常在将材料集成到设计之前对其进行测试，但它也测试了成品，如飞机顶篷。其他用途

USB VNA制造商Pico Technology的Mark Ashcroft已经看到该公司PicoVNA的不寻常用途。例如，VNA可用于测试通常为60 A至100 A电流的电气螺栓的完整性。在本申请中，S11是重要参数。如果焊缝随时间破裂，S11将随着更多能量反射回端口1而改变。由S11和S21测量产生的谐振频率图的快速傅里叶逆变换（iFFT）产生时域图，其可以指示骨折的位置。在另一场雪应用中，VNA用于测量极地区域的冰深

通过将射频信号注入冰中并测量返回的功率。连续测量的相位变化提供了计算冰厚变化所需的数据。绝对厚度可以通过在不同频率下进行相位测量或通过采用频域数据的iFFT来计算。这些测量让科学家们看到气候变化对极地冰的影响。所有这些方法都产生类似于雷达的结果，其中RF脉冲注入冰中。在这个应用程序中，宾夕法尼亚州立大学学生布莱恩亚历山大Herrold甚至建立了自己的VNA和天线探测器。有些应用程序测量雪，而其他应用程序进入土壤。2017年，来自波兰三所大学的团队使用Anritsu MS4640A系列VNA 测量土壤盐分

通过执行低频（1 MHz至3 GHz）阻抗测量。在该应用中，将土壤样品带入实验室进行测量。校准需要一组定制的标准，团队使用多车道直通反射线（TRL）校准方法。 VNA在科学和工程测量中非常有用。他们只需要一个天线或其他探头将信号注入被测材料并提取反射和发射功率

搜索历史

VNA测量的不仅仅是组件

相关推荐

评论

精选推荐

站长推荐/6