Struttura Analizzatore di Reti

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1 ANALZZATOE D ET truttura Analizzatore di eti test generazione DUT incidente riflesso trasmesso rivelazione visualizzazione e controllo

2 ezione di Generazione Oscillatori spazzolati Oscillatori sintetizzati sintesi indiretta sintesi diretta Oscillatori pazzolati YG G D carico ZC circuito risonante x z H loop y L microstriscia L C YG

3 Oscillatori pazzolati generazione basse frequenze oscillatore 8 GHz interruttore 8 GHz interruttore out.8 GHz attenuatore mixer amplificatore F F filtro passa basso GHz GHz LO. GHz 5.4 GHz Oscillatori pazzolati generazione base frequenze oscillatore 8 GHz 8GHz 4 GHz divisore filtri passa basso GHz GHz divisore.5 GHz GHz divisore divisore 55 MHz 5 MHz M U L T P L E X E.38 GHz uscita 55 MHz 5 MHz divisore 6.55 MHz 5 MHz divisore MHz 6.5 MHz 3

4 Oscillatori intetizzati sintesi indiretta (PLL) mixer polarizzazione oscillatore al quarzo f r mixer V F filtro V F passa basso VCO AD uscita f =Nf r sfasatore 9 f r divisore N Oscillatori intetizzati sintesi indiretta (PLL) mixer armonico oscillatore al quarzo f r LO mixer armonico F filtro passa basso polarizzazione VCO f = Nf r uscita AD sfasatore 9 4

5 Commenti Lo schema con il mixer standard ha il vantaggio rispetto a quello con il mixer armonico di effettuare il confronto di fase ad una frequenza più bassa ma ha l inconveniente di dover utilizzare un divisore per N, di non semplice realizzazione alle frequenze delle microonde. l rumore di fase della sorgente sintetizzata è uguale al rumore di fase della sorgente di riferimento moltiplicato per il quadrato del rapporto tra la frequenza usata e quella di riferimento (C db = C QUAZO (db) + Log N (db)). Bisogna quindi trovare un compromesso tra la risoluzione in frequenza (che dovrebbe essere la più piccola possibile, quindi N grande), ed il rumore di fase (che dovrebbe essere il più piccolo possibile quindi N piccolo). Per superare questo inconveniente è possibile utilizzare un oscillatore a loop multipli Oscillatori intetizzati sintesi diretta oscillatore al quarzo f r = MHz divisore 9 MHz filtro passa basso MHz moltiplicatore N MHz La tecnica di sintesi diretta ha il vantaggio di consentire velocità di spazzolatura maggiori rispetto alle tecniche indirette con il PLL. nfatti nella sintesi diretta le velocità sono limitate essenzialmente dalle velocità degli interruttori, viceversa nel PLL bisogna attendere il tempo di aggancio del loop. Tra gli svantaggi della sintesi diretta, c è il grande numero di componenti da progettare (filtri, mixer con basse spurie ed alti isolamenti). 5

6 tabilizzazione dell ampiezza delle oscillazioni V pol DF V ref rivelatore VCO attenuatore PN AD OUT ezione di Test otazione Manuale del DUT otazione Automatica del DUT 6

7 otazione Manuale del DUT incidente riflesso sorgente sezione di prelievo sezione di separazione DUT trasmesso otazione Automatica del DUT riflesso o trasmesso riflesso o trasmesso sezione di sezione di separazione DUT separazione incidente linea di equalizzazione nterruttore A sezione di prelievo sorgente Con lo schema di figura servono tre ricevitori per misurare i segnali. e si sposta la sezione di prelievo dopo l interruttore A servono due sezioni distinte di prelievo e quindi 4 ricevitori 7

8 Prelievo del egnale divisore resistivo 5 Z/3 Z/3 V V V VC Z/3 V3 Alimentando dalla porta non si ha riflessione, /4 di potenza va in e /4 va in 3 mentre la rimanente metà si dissipa nelle resistenze; quindi l'uscita in e 3 è attenuata di 6 db rispetto all'ingresso Prelievo del egnale AD distribuito 3 Y d = /4 Y 4 Y Y + V - Gli AD distribuiti hanno perdite molto basse e buona direttività ma le loro prestazioni degradano alle basse frequenze. 8

9 eparazione del egnale ponte resistivo vettoriale F ponte vettoriale Z G 5 A V 3 DUT V G V 5 B C 5 V alimentando dalla porta risulta V proporzionale a X mentre quando il è trasmesso attraverso il DUT risulta V V 3. ezioni di Prelievo e eparazione con un unico elemento incidente riflesso ingresso uscita 9

10 ezione di ivelazione Diretta (analizzatore scalare) upereterodina (analizzatore vettoriale) Diodo chottky (e qv / nkt ). (ma) V(V) -.5 Diodo con tensione di soglia nulla (chottky) Diodo convenzionale

11 Diodo chottky Come si vede dalla figura si ha una corrente di saturazione più alta rispetto a quella dei diodi a giunzione p/n e quindi si possono realizzare dei diodi con tensione di soglia nulla o in ogni caso con piccoli valori di soglia. Poiché nei diodi chottky la conduzione è dovuta solo ai portatori di maggioranza non vi è immagazzinamento di portatori di minoranza in corrispondenza della giunzione e quindi la capacità di diffusione è notevolmente ridotta. Valori tipici di C D per questi dispositivi sono compresi tra. e.3 pf. Circuito Equivalente L C C C F C D al variare della polarizzazione assume valori compresi tra e C D assume valori compresi tra. e.3 pf, quindi le corrispondenti reattanze sono trascurabili nel parallelo con

12 ivelatore Quadratico out (t) V Tempo Tempo V p cos t (V) Analisi quadratica e V V(t) = V + v(t) (V,t) = + i[v(t)] (V) (V (V) (V) ) (V V ) (V V ) V V V V V V (V) V VV e V (V) V V V (V) V VV V e V VV e V v(t) v(t) i(t)

13 egnale F di tipo Armonico applicato al diodo v(t) Vˆ sent Vˆ sent Vˆ sen t Vˆ sent Vˆ i(t) 4 Vˆ cos t 4 i(t) i(t) v(t) Vˆ 4 Vˆ 4 cos t Quindi, applicando in ingresso al rivelatore un armonico, si ottiene in uscita una corrente continua proporzionale al quadrato dell'ampiezza del applicato. portante a frequenza c modulata in ampiezza da un sinusoidale a frequenza m v (t) Vˆ msen( t) sen t m c Ampiezza elativa m c - m c c + m ngresso Frequenza Ampiezza elativa m m dc m m Uscita c - m c - m c c + m c + m Frequenza 3

14 Effetto della Vˆ 4 Vˆ 4( ) + Vˆ 4 + n figura si è omesso il generatore a frequenza il cui effetto è tuttavia trascurabile per la presenza del filtro passa-basso. n assenza di polarizzazione si ha k e quindi +. Viceversa in polarizzazione diretta e quindi non è trascurabile Analisi Lineare del Diodo D V D V C C D (V ) = C (V ) = P e V V ey D D D D 4

15 ensibilità di corto circuito (short circuit current sensitivity) È il rapporto tra la corrente di corto-circuito che circola nel diodo (valutata con l'analisi non lineare) e la potenza F che incide sul diodo (valutata con l'analisi lineare) cc i P l parametro i diminuisce al crescere della frequenza, in quanto l'elemento parassita C sottrae corrente alla resistenza diminuendo l'efficienza di conversione. i dipende anche dal valore della polarizzazione ed in particolare si riduce al crescere della polarizzazione (aumentando si riduce e quindi prevale nella serie). La sensibilità di cortocircuito viene misurata in ma/mw. Valori tipici per i diodi chottky sono compresi tra e 5 ma/mw. ensibilità a circuito aperto (open circuit voltage sensitivity) È il rapporto tra la tensione a circuito aperto e la potenza incidente v V P oc i V (mv/w) = = A Frequenza (GHz) 5

16 6 umore nei Diodi umore nei Diodi umore Termico umore hot umore Flicker nt B v 4KT )B q( i s ns nktb v L B fl f L nf f B A ln df f A v L i nf f B ln nkt f v apporto egnale umore apporto egnale umore P N rivelatore amplificatore A v V V = v P N A v A n KTB 4 v L i A v a f B ln B f n n 4KTBA v / L i N v a f B ln B f n ' 4KTB P v V N

17 ensibilità del Diodo l minimo rivelabile può essere determinato ponendo /N = e quindi la minima potenza rivelabile (sensibilità del diodo) è data da: P MN 4KTB n fi ' ln B V B f L (W) detector più moderni raggiungono valori di sensibilità dell'ordine dei -7 dbm (potenze di - W) per segnali in onda continua, mentre se i segnali sono modulati si arriva anche a -9 dbm. Questa differenza è dovuta al fatto che se si applica al detector un a F non modulato, il detector fornisce in uscita un in continua con sovrapposto un elevato rumore flicker. e applichiamo in ingresso un a micronde modulato (con tono modulante maggiore di qualche MHz) il detector fornisce in uscita il modulante a amplificabile con un amplificatore a banda stretta, e quindi i problemi di rumore sono notevolmente ridimensionati. ange Dinamico V out (mv) comportamento quadratico db lineare saturazione P MN P db P in (dbm) P db varia tra e dbm 7

18 ivelazione Diretta V L Dal rapporto tra il ottenuto a partire dalla F trasmessa o riflessa e quello ottenuto a partire dalla F incidente è possibile risalire al modulo del parametro di scattering di interesse. principali vantaggi della rivelazione diretta sono le ampie bande di frequenza (tipicamente tra MHz e 3 GHz) e i bassi costi. Con la rivelazione CW-DC si ottengono delle dinamiche di circa 5 db (tra 7 dbm e - dbm). F Mixer F F F L O (down-converter) L O (up-converter) f F = f LO -f F f F = f LO -f F v F F rete di adattamento v(t) rete di adattamento filtro passa banda F v LO LO rete di adattamento 8

19 Funzionamento v(t) v(t) i(t) G v(t) G v(t) v(t) = V sen( t) + V sen( t) i t G V sen t G V sen t cos t G V 4 cos G G V 4 G V 4 G G V 4 t V V cos t V V cos t F ivelazione upereterodina incidente riflesso o trasmesso mixer filtro amplificatore F rivelatore di fase modulo fase VCO l del VCO è a frequenza f + f F, dove f è la frequenza del in ingresso e f F è la frequenza centrale del filtro (si dice che il VCO è agganciato alla F in ingresso). Questo è inviato in un mixer dove è confrontato con la F ( incidente, riflesso o trasmesso) il a frequenza intermedia in uscita è prima amplificato con un amplificatore a banda stretta e quindi rivelato in fase. i noti che la conversione F mantiene le relazioni di fase e di ampiezza del originale. Per la rivelazione di fase i moderni analizzatori di reti utilizzano dei convertitori analogico-digitale seguiti da dei processori di segnali digitali (DP). Con questa tecnica è possibile valutare il modulo e la fase del incidente. 9

20 ivelazione upereterodina Nello schema di figura possono essere utilizzati sia mixer convenzionali che mixer armonici (campionatori). Nel mixer convenzionale la F di ingresso è confrontata con l uscita del VCO mentre in quelli armonici il VCO è seguito da un generatore di armoniche per cui il che passa attraverso il filtro è ottenuto dalla miscelazione della F con una delle armoniche del VCO. Con i mixer convenzionali si ottengono sensibilità molto elevate fino a - dbm. mixer armonici hanno delle sensibilità leggermente inferiori, in quanto del rumore addizionale è trasferito nella banda F da tutte le armoniche del, ma sono più economici in quanto il VCO può coprire una banda di frequenze ridotta (lo spettro completo viene coperto con le sue armoniche). VNA Vettoriale VCO divisore di potenza dispositivo sotto test di riferimento riflesso trasmesso oscillatore locale controllo assse orizzontale rivelatore modulo e fase modulo fase display

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