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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Netzwerkanalysatoren sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 4 Hersteller von Netzwerkanalysatoren und deren Firmenranking.
Ein Netzwerkanalysator ist ein Gerät zur Charakterisierung der Netzwerkeigenschaften eines Prüflings (DUT; device under test).
Insbesondere kann er die Dämpfung und die Impedanz des Eingangssignals des Prüflings messen. Er kann insbesondere die Hochfrequenzeigenschaften von elektronischen Bauteilen usw. bewerten und hat ein breites Anwendungsspektrum, einschließlich Übertragungsgeräten.
Der Ausgang des Netzwerkanalysators wird durch die S-Parameter (Streuparameter) dargestellt, wobei die durch die S-Parameter definierten physikalischen Größen Vorwärtsreflexion (S11), Vorwärtsübertragung (S21), Rückwärtsübertragung (S12) und Rückwärtsreflexion (S22) sind.
Netzwerkanalysatoren lassen sich grob in skalare Netzwerkanalysatoren und vektorielle Netzwerkanalysatoren (VNA) unterteilen, wobei die vektoriellen Netzwerkanalysatoren (VNA), die nicht nur Amplituden-, sondern auch Phaseninformationen liefern, ein breiteres Anwendungsspektrum haben.
Unter Ausnutzung der Vorteile von Netzwerkanalysatoren für Hochfrequenzanwendungen werden sie bei der Entwicklung von Anpassungsschaltungen für Hochfrequenzverstärker eingesetzt. Hier basiert der Entwurf auf den genauen S-Parametern des Verstärkers, der Antenne bzw. des Filters.
In vielen Fällen werden sie auch zur Bewertung der Impedanzanpassung eingesetzt, da eine Impedanzfehlanpassung in den Übertragungsleitungen jedes Geräts oder Kabels in einem Schaltungsnetz, das hohe Frequenzen verarbeitet, zu Leistungsverlusten und Signalverzerrungen führen kann.
Ein Netzwerkanalysatoren ist mit einer Signalquelle, einem Signaltrenner, einem Richtungskoppler und mindestens drei Empfängern ausgestattet:
Der Ausgang des Prüflings wird an einem dritten Empfänger gemessen (Sendesignal B). Die Auswertung erfolgt durch den Vergleich der Signale, z. B. ist S11 durch A/R und S21 durch B/R definiert.
Die hohe Messgenauigkeit des Netzwerkanalysators wird auch durch eine genaue Kalibrierung gewährleistet. Die Kalibrierung wird mit Hilfe von Standards mit bekannten Eigenschaften durchgeführt. Eine häufig verwendete Kalibriermethode ist die SOLT-Methode, bei der ein Kurzschluss-, Leerlauf- oder Anpassungslaststandard in direkter Verbindung mit einer Referenzebene gekoppelt wird.
Da die Messung sehr genau ist, wird darauf geachtet, dass Messfehler in Bezug auf verschiedene Aspekte vermieden werden, z. B. Anzugsdrehmoment des Steckers, Umgebungstemperatur, Stabilität des Eingangssignals und des Kabels usw.
Es gibt zwei Arten von Netzwerkanalysatoren: vektorielle Netzwerkanalysatoren (VNA) und skalare Netzwerkanalysatoren, wobei die vektoriellen Netzwerkanalysatoren heutzutage häufiger verwendet werden.
Netzwerkanalysatoren verfügen über eine Methode zur Messung von Amplitudenänderungen bei Transmissions- und Reflexionsmessungen, die S-Parameter genannt werden und es gibt ein Nummerierungssystem zur Definition. Das Nummerierungsschema lautet "Sij i=Ausgangstor, j=Eingangstor", wobei S11 eine Messung eines an Tor 1 einfallenden Signals darstellt, das an Tor 1 übertragen wird; S12 bedeutet eine Messung eines an Tor 2 einfallenden Signals, das an Tor 1 übertragen wird.
Die S-Parameter können mit Hilfe eines VNA-Messgeräts gemessen werden. Allerdings muss der VNA vor der Messung mit verschiedenen Kalibrierungsmethoden kalibriert werden.
Die grundlegende Methode zur Kalibrierung eines VNA ist die Verwendung von drei Standardinstrumenten. Weithin bekannte Kalibrierungsmethoden sind die SOLT-Kalibrierungsmethode, die UnKnown Thru-Kalibrierungsmethode und die TRL-Kalibrierungsmethode, wie oben beschrieben.
Die Impedanz ist ein wichtiger Parameter, der bei der Charakterisierung von elektronischen Schaltungen, elektronischen Bauteilen und elektronischen Materialien verwendet wird und ist der Betrag des Wechselstroms, der eine Schaltung oder ein anderes Gerät bei bestimmten Frequenzen unterbricht. Es gibt verschiedene Arten von Impedanzmessverfahren, die jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile haben.
Die Messmethode muss unter Berücksichtigung des für die Messung erforderlichen Frequenzbereichs und der Messbedingungen des Impedanzmessbereichs ausgewählt werden. Zu den Messmethoden gehören die Brückenmethode, die Resonanzmethode, die I-U-Methode, die Netzwerkanalysemethode, die Zeitbereichsnetzwerkanalysemethode und die automatische ausgeglichene Brückenmethode.
Die Brückenmethode wird als Beispiel beschrieben. Die Vorteile der Brückenmethode sind ihre hohe Genauigkeit (ca. 0,1 %), die Möglichkeit, einen großen Frequenzbereich mit mehreren Messgeräten abzudecken und ihre geringen Kosten. Nachteilig ist hingegen, dass ein Abgleich erforderlich ist und nur ein schmaler Frequenzbereich mit einem einzigen Gerät abgedeckt werden kann. Der Messfrequenzbereich der Brückenmethode reicht ungefähr bis 300 MHz DC.
Die maximale Frequenzerweiterung von Netzwerkanalysatoren reicht inzwischen bis in den Sub-THz-Bereich (220 GHz). Dies ist darauf zurückzuführen, dass die nächste Generation von Kommunikationsstandards, 6G, höchstwahrscheinlich das 140-GHz-Band, das so genannte D-Band, nutzen wird.
Das Sub-THz-Band ist jedoch aufgrund seiner hohen Frequenz anfällig für elektrische Längenfehler und parasitäre Elemente, so dass die gesamte Kalibrierungsgenauigkeit, einschließlich der HF-Tastköpfe und Kabel, äußerst wichtig ist.
In der Realität ist der Frequenzbereich, der auf einmal kalibriert werden kann, oft begrenzt, und die Hersteller konkurrieren um die Entwicklung benutzerfreundlicher Messgeräte, einschließlich der Verarbeitung von Daten zwischen den Kalibrierungen und der Hinzufügung von Frequenzerweiterungen für das Millimeterwellenband.
Netzwerkanalysatoren werden in der Regel zur Bewertung der Impedanz von Prüflingen und S-Parametern verwendet, also zur Bewertung von Kleinsignalen, aber in letzter Zeit werden Modulationsanalyse und Bewertung von Großsignalen und Kleinsignalen oft als Set durchgeführt. In Zukunft werden Netzwerkanalysatoren als einfaches und leicht zu bedienendes Werkzeug für die Modulationsanalyse eingesetzt werden.
In Zukunft werden Netzwerkanalysatoren nicht nur für die Impedanz- und S-Parameter-Bewertung eingesetzt, sondern auch für verschiedene Anwendungen wie Großsignal- und Modulationsanalyse zur Bewertung von Schaltern, Filtern, Hochfrequenzverstärkern, rauscharmen Verstärkern (LNAs) und verschiedenen anderen HF-Frontends.
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