L'analyseur de réseau vectoriel (Vector Network Analyzer ou VNA) est certainement l'instrument le plus polyvalent utilisé pour l'ingénierie RF et hyperfréquences. En mesurant les paramètres S, un analyseur de réseau vectoriel permet ainsi de caractériser les dispositifs sous test (DST) avec une très grande précision de mesure. Il peut en effet évaluer pratiquement tous les types de composants, depuis de simples câbles, filtres et amplificateurs jusqu'à des sous-systèmes complexes.
Il y a cependant une limite pratique à cette précision: des imperfections sont inhérentes pour chaque appareil du fait des limites technologiques intrinsèques, des variations dans les matériaux et les procédés de fabrication. Les accessoires externes indispensables, tels que les câbles de test et les adaptateurs, introduisent également des imperfections pour les mêmes raisons. L'étalonnage est le moyen par lequel les utilisateurs peuvent minimiser les erreurs de précision. Cette procédure est généralement effectuée chaque fois que l'appareil de mesure est configuré pour une mesure donnée. Le but est de supprimer les erreurs systématiques attribuées à l'instrument lui-même et aux accessoires externes requis pour réaliser les tests.
D'autres types d'erreurs aléatoires, telles que les dérives, la répétabilité des connecteurs et le bruit existent, mais elles ne peuvent pas être corrigées durant le processus d'étalonnage. En suivant les bonnes pratiques d'utilisation et de manipulation de l'analyseur de réseau vectoriel et de ses connecteurs, un ingénieur peut néanmoins réduire les effets des erreurs aléatoires.
Par essence, un analyseur de réseau vectoriel est un appareil avec une grande linéarité. Trois types d'imperfections limitent toutefois la précision de mesure de n'importe quel analyseur: l'adaptation brute (Adaptation Match ), la réponse en fréquence et la directivité.
Les analyseurs de réseau vectoriels font partie des instruments de mesure les plus polyvalents dans le domaine de la RF et des hyperfréquences, ce qui peut rendre leur étalonnage plutôt complexe. Le fabricant Anritsu rappelle la manière dont l'étalonnage de ce type d'appareils de mesure peut être réalisé de la meilleure façon possible, via notamment quatre principaux types d'étalonnage. Il s'agit aussi d'aider les utilisateurs à mieux comprendre les processus d'étalonnage, les techniques de correction d'erreurs et les nouvelles techniques développées.
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Plusieurs types d'étalonnage sont disponibles, chacun permettant de corriger les erreurs à différents niveaux. Les quatre principaux types d'étalonnage sont le full two-port, l'étalonnage le plus souvent mis en œuvre et celui qui permet de corriger les quatre paramètres S, le full one-port, un étalonnage uniquement en réflexion avec lequel un seul port est corrigé, le one-path, two-port (un port est corrigé en réflexion et un chemin en transmission est partiellement corrigé) et la réponse en fréquence.
En général, le choix de la technique d'étalonnage est déterminé par le nombre de ports de test utilisés lors de la mesure, la topologie matérielle de l'analyseur de réseau vectoriel et le niveau de précision souhaité. Chaque technique peut par ailleurs être modélisée. Les équations de calcul des erreurs sont alors résolues en mesurant des composants de référence étalonnés, et les résultats permettront la correction de mesure.
Les processus d'étalonnage requièrent des équipements spécifiques 1 port et 2 ports qui sont normalement fournis par le fabricant de l'appareil de mesure sous la forme d'un kit d'étalonnage. A cause des contraintes inhérentes à la fabrication, les caractéristiques des composants d'un kit d'étalonnage s'écartent de celles des étalons idéaux, c'est la raison pour laquelle les écarts sont documentés sous la forme de coefficients qui doivent être saisis dans l'analyseur de réseau vectoriel avant de procéder à un étalonnage. Dans le cas contraire, la précision de l'étalonnage est compromise.
Alors qu'en théorie, n'importe quel composant connu peut être utilisé comme étalon d'étalonnage -du moment qu'il est bien caractérisé- les circuits ouverts, les courts-circuits, les charges et les lignes de transmission sont bien généralement les composants privilégiés pour réaliser les étalonnages. Ceci parce qu'ils sont faciles à fabriquer, qu'ils peuvent être caractérisés précisément et qu'ils sont disponibles pour différentes technologies telles que le coaxial, le guide d'onde et la ligne microstrip.
L'une des questions habituelles liée à l'étalonnage des analyseurs de réseau vectoriels concerne la précision qui peut être atteinte après l'étalonnage. Les fabricants d'instruments de mesure spécifient généralement les valeurs résiduelles telles que la directivité, l'adaptation de source, l'adaptation de charge et la réponse en fréquence dans les caractéristiques. Le japonais Anritsu a, par exemple, développé le logiciel gratuit Exact Uncertainty. Ce dernier permet à un utilisateur de calculer et de représenter graphiquement les courbes d'incertitude en transmission et en réflexion, lors de l'utilisation de l'un des modèles des familles d'analyseurs de réseau vectoriels Lightning ou VectorStar du fabricant.
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Le modèle utilisé dans le programme de calcul d'incertitudes d'Anritsu inclut les paramètres importants de l'analyseur de réseau vectoriel et ceux de configuration de test, tels que les performances des connecteurs et des câbles, les paramètres du dispositif sous test. Cet outil très utile permet à l'utilisateur d'un analyseur de réseau vectoriel de choisir les paramètres, à la fois pour l'instrument de test et pour les paramètres environnementaux, qui sont importants pour la configuration de la mesure à réaliser.
Il faut noter que les pratiques de mesure de l'utilisateur ont également un impact important sur la précision obtenue. Ainsi utiliser une clé dynamométrique est obligatoire pour obtenir des résultats d'étalonnage répétables et de bonne qualité. Les connecteurs doivent être propres et manipulés avec précaution, et les étalons doivent être vérifiés régulièrement et, normalement, être étalonnés en comparaison avec des étalons internationaux tous les douze mois.
Bien qu'elles ne remplacent pas la procédure de vérification classique, à savoir avec un kit de vérification dédié, ces méthodes permettent un contrôle de qualité important et devraient être effectuées après chaque étalonnage.
Si les techniques d'étalonnage OSLT et LRL sont connues depuis des décennies, plusieurs tentatives ont été menées récemment pour améliorer la précision de l'étalonnage lui-même, et également pour simplifier le processus d'étalonnage.
Par exemple, Anritsu lance une solution de test PCI Express, compatible avec la spécification de cinquième génération Gen5. Il est désormais plus facile de configurer un environnement de mesure approprié au standard PCI Express 5.0, accélérant ainsi les étapes de développement des composants et modules conformes à cette nouvelle version de la spécification.
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Le tableau suivant présente quelques produits Anritsu associés à la calibration et aux tests de performance :
| Produit | Description | Caractéristiques Principales |
|---|---|---|
| MP1775A | Générateur de motifs d’impulsions | Quatre canaux de données parallèles jusqu’à 12,5 Gbps, mémoire indépendante, modèles programmables, séquences PRBS jusqu’à 2^31-1. |
| MG3710A | - | - |
| 68077B | - | - |
| MP1900A | Analyseur de qualité du signal série | Modules BER multicanaux pour les interfaces de bus à haute vitesse (PCI Express 4.0/5.0, USB3.2/4, Thunderbolt), Ethernet 200G/400G/800G. |
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