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2/19/2014
ANALIZZATORE DI RETI
Struttura Analizzatore di Reti
test
generazione
segnale
incidente
DUT
segnale
riflesso
segnale
trasmesso
rivelazione
visualizzazione
e
controllo
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2/19/2014
Sezione di Generazione
• Oscillatori spazzolati
• Oscillatori sintetizzati
–sintesi indiretta
–sintesi diretta
Oscillatori Spazzolati YIG
G
D
carico
ZC
S
circuito risonante
z
x
H0
loop
y
microstriscia
LI
L
R
C
YIG
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Oscillatori Spazzolati
generazione basse frequenze
oscillatore
2  8 GHz
interruttore
2
1
interruttore
out
2
1
0.018 GHz
28 GHz
amplificatore
attenuatore
mixer
RF
IF
5.417.4 GHz
filtro
passa basso
2 GHz
0.012 GHz
LO
5.4 GHz
Oscillatori Spazzolati
generazione basse frequenze
oscillatore
28 GHz
28GHz
24 GHz
filtri
passa basso
divisore
2
12GHz
2 GHz
divisore
2
0.51 GHz
1GHz
divisore
2
250500 MHz
500 MHz
divisore
2
125250 MHz
M
U
L
T
I
P
L
E
X
E
R
0.038 GHz
uscita
250 MHz
divisore
2
62.5125 MHz
125 MHz
divisore
2
31.2562.5 MHz
62.5 MHz
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Oscillatori Sintetizzati
sintesi indiretta (PLL)
mixer
polarizzazione
mixer
oscillatore
al quarzo
filtro
passa basso
VIF
fr
VF
VCO
uscita
AD
f0=Nfr
sfasatore
900
divisore
N
fr
Oscillatori Sintetizzati
sintesi indiretta (PLL)
mixer armonico
mixer
armonico
oscillatore
al quarzo
fr
IF
LO
polarizzazione
filtro
passa basso
VCO
f 0 = Nfr
uscita
AD
sfasatore
90°
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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.
• Il 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
• (SSCRdB = SSCRQUARZO(dB) + 20Log10N (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 Sintetizzati
sintesi diretta
oscillatore
al quarzo
fr=10 MHz
19 MHz
divisore
filtro
passa basso
110000 MHz
moltiplicatore
N
1010000 MHz
La tecnica di sintesi diretta ha il vantaggio di consentire velocità di spazzolatura
maggiori rispetto alle tecniche indirette con il PLL.
Infatti 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).
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Stabilizzazione dell’ampiezza
delle oscillazioni
Vpol
DIF
Vref
rivelatore
VCO
attenuatore
PIN
AD
OUT
Sezione di Test
• Rotazione Manuale del DUT
• Rotazione Automatica del DUT
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Rotazione Manuale del DUT
segnale
incidente
segnale
riflesso
segnale
trasmesso
sorgente
sezione di
prelievo
sezione di
separazione
DUT
Rotazione Automatica del DUT
segnale
riflesso o trasmesso
segnale
riflesso o trasmesso
2
1
sezione di
separazione
1
1
DUT
1
sezione di
separazione
2
2
1
segnale
incidente
2
2
Interruttore
A
linea di
equalizzazione
sezione di
prelievo
sorgente
Con lo schema di figura servono tre ricevitori per misurare i segnali.
Se si sposta la sezione di prelievo dopo l’interruttore A servono
due sezioni distinte di prelievo e quindi 4 ricevitori
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Prelievo del Segnale
divisore resistivo
Z0/3
50
Z0/3
V2
VC
V
V1
Z0/3
V3
Alimentando dalla porta 1 non si ha riflessione,
1/4 di potenza va in 2 e 1/4 va in 3
mentre la rimanente metà si dissipa nelle resistenze;
quindi l'uscita in 2 e 3 è attenuata di 6 dB rispetto all'ingresso
Prelievo del Segnale
AD distribuito
3
Y0
Y0
d = /4
4
1
Y0
V
2
+
-
Y0
Gli AD distribuiti hanno perdite molto basse e buona direttività
ma le loro prestazioni degradano alle basse frequenze.
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Separazione del Segnale
ponte resistivo vettoriale
ponte vettoriale
RF
50
V3
A
ZG
DUT
V1
VG
B
C
50
50
V2
alimentando dalla porta 1 risulta V2 proporzionale a X
mentre quando il segnale è trasmesso attraverso il DUT risulta V2 V3.
Sezioni di Prelievo e Separazione
con un unico elemento
segnale
incidente
ingresso
segnale
riflesso
uscita
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Sezione di Rivelazione
• Diretta (analizzatore scalare)
• Supereterodina (analizzatore vettoriale)
Rivelazione Diretta
V0

RL
Dal rapporto tra il segnale ottenuto a partire dalla RF trasmessa o riflessa
e quello ottenuto a partire dalla RF incidente è possibile risalire
al modulo del parametro di scattering di interesse.
I principali vantaggi della rivelazione diretta sono le ampie bande di frequenza
(tipicamente tra 10 MHz e 30 GHz) e i bassi costi.
Con la rivelazione CW-DC si ottengono delle dinamiche di circa 50 dB
(tra –70 dBm e -20 dBm).
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Mixer
IF
RF
RF
IF
LO
LO
(down-converter)
(up-converter)
fIF = fLO - fRF
fRF = fLO - fIF
Funzionamento
i( t ) 
v ( t ) v ( t ) 2


 G J v( t )  G J v( t ) 2
RJ
2R J
2
v(t) = V0sen(0t) + VRsen(Rt)
G JV02 G JV02
G V 2
cos2 0 t   J R 

4
4
4
G JVR2
G J
G J

cos2  R t  
V0 VR cos 0   R  t  
V0 VR cos 0   R  t 
4
2
2
i t   G J V0 sen 0 t   G J VR sen  R t  
 IF  0   R
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Rivelazione Supereterodina
segnale incidente
riflesso o trasmesso
modulo
mixer
filtro
amplificatore
IF
rivelatore di
fase
fase
VCO
•
•
•
•
Il segnale del VCO è a frequenza fS + fIF, dove fS è la frequenza del segnale
in ingresso e fIF è la frequenza centrale del filtro (si dice che il VCO è
agganciato alla RF in ingresso).
Questo segnale è inviato in un mixer dove è confrontato con la RF (segnale
incidente, riflesso o trasmesso) il segnale a frequenza intermedia in uscita è
prima amplificato con un amplificatore a banda stretta e quindi rivelato in
fase.
Si noti che la conversione IF mantiene le relazioni di fase e di ampiezza del
segnale originale.
Per la rivelazione di fase i moderni analizzatori di reti utilizzano dei
convertitori analogico-digitale seguiti da dei processori di segnali digitali
(DSP). Con questa tecnica è possibile valutare il modulo e la fase del
segnale incidente.
Rivelazione Supereterodina
• Nello schema di figura possono essere utilizzati sia mixer
convenzionali che mixer armonici (campionatori).
• Nel mixer convenzionale la RF 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 segnale
che passa attraverso il filtro è ottenuto dalla miscelazione
della RF con una delle armoniche del VCO.
• Con i mixer convenzionali si ottengono sensibilità molto
elevate fino a -120 dBm. I mixer armonici hanno delle
sensibilità leggermente inferiori, in quanto del rumore
addizionale è trasferito nella banda IF da tutte le
armoniche del segnale, ma sono più economici in quanto
il VCO può coprire una banda di frequenze ridotta (lo
spettro completo viene coperto con le sue armoniche).
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VNA Vettoriale
dispositivo
sotto test
divisore di
potenza
VCO
segnale di
riferimento
segnale
riflesso
segnale
trasmesso
oscillatore
locale
controllo
assse
orizzontale
rivelatore
modulo e fase
modulo
display
fase
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