Popis a obsluha vektorového obvodového analyzátoru R&S ZVL Měřící přístroj R&S ZVL může pracovat buď v režimu obvodového nebo spektrálního analyzátoru. V tomto návodu je zaměřena pozornost na základní režim obvodového analyzátoru. Pro náročnějšího uživatele doporučujeme použít dokumentaci k tomuto přístroji [1]. 1 Ovládání přístroje Přístroj je možné ovládat buď pomocí tlačítek umístěných na předním panelu přístroje, nebo pomocí klávesnice a myši. Popišme si ovládání přístroje pomocí tlačítek na předním panelu přístroje. Ovládání přístroje pomocí klávesnice a myši je obdobné, jen je potřeba používat menu programu obvodového analyzátoru (název položek menu je stejný jako název tlačítek umístěných na předním panelu). 2. Význam tlačítek přístroje umístěných na předním panelu 2.1 Tlačítka nastavení Tlačítka nastavení jsou umístěna nalevo od displeje. Jejich význam je následující: PRESET uvede přístroj do předem definovaného stavu; FILE aktivuje položky menu pro práci se soubory; SETUP základní nastavení přístroje; PRINT tisk dat a nastavení tiskárny; HELP vyvolání nápovědy; MODE volba režimu přístroje mezi obvodovým a spektrálním analyzátorem; MENU aktivuje menu obvodového analyzátoru. 2.2 Funkční tlačítka Funkční tlačítka jsou umístěna vpravo nahoře od displeje. Jejich význam je následující: CENTER nebo SPAN zadání střední frekvence a šířky pásma rozmítání; SCALE zadání měřítka zobrazení měřené veličiny na displeji; PWR BW zadání výkonu vnitřního zdroje signálu obvodového analyzátoru a útlumu atenuátoru; SWEEP zadání typu rozmítání frekvenční osy (lineární, logaritmické), počtu bodů měření apod.; FORMAT zadání způsobu zobrazení dat na displeji (kartézský graf, polární graf, Smithův diagram apod.); MKR poloha markru (značky) na měřeném průběhu a jeho konfigurace; - 1 -
MKR -> - poskytuje funkce pro práci s markry (např. nalezení maxima/minima měřeného průběhu); CAL poskytuje funkce pro kalibraci přístroje; MEAS výběr veličiny, která bude měřena a zobrazena; LINES zadání limitů měřených hodnot; TRACE poskytuje funkce pro práci s měřenými průběhy (stopami, traces) zobrazenými na displeji. 2.3 Klávesnice pro vstup dat Pod funkčními tlačítky vpravo od displeje je umístěna klávesnice pro zadávání vstupních dat obvodového analyzátoru. Význam symbolů na klávesách je standardní. 2.4 Navigační tlačítka Navigační tlačítka jsou umístěna vedle klávesnice. Navigační tlačítka slouží spolu otočným knoflíkem k navigaci kurzoru popř. markru na displeji analyzátoru. 3 Kalibrace přístroje Před použitím přístroje je nutné uvést přístroj do původního (předem definovaného) stavu a provést jeho kalibraci. Přístroj nabízí několik kalibračních metod pro různé druhy měření. Typ kalibrační metody, který je vybrán, závisí na předpokládaných systémových chybách, na požadované přesnosti měření a na kalibračních standardech, které jsou k dispozici. V závislosti na typu měření je možné provést jednoportovou, nebo dvouportovou kalibraci přístroje. Poslední kalibrace přístroje je uložena v jeho paměti a je možné vyvolat ji následujícím způsobem: Stiskneme PRESET (uvedeme přístroj do předem definovaného stavu); Stiskneme CAL; Recall Last Call Set (na displeji). 3.1 Jednoportová kalibrace přístroje pomocí kalibrační sady ZV-Z121 Kalibrační sada ZV-Z121 slouží pro kalibraci přístroje s N-konektory. Tato sada se dodává buď se samčími (M male), nebo samičími (F female) konektory. Díky průvodci kalibrací je samotná kalibrace jednoduchá. Postup je následující: Stiskneme tlačítko PRESET (uvedení přístroje do předem definovaného stavu); Nastavíme požadovaný frekvenční rozsah. Využijeme k tomu funkčních kláves CENTER a SPAN, které jsou umístěny napravo od displeje. Po stisknutí klávesy CENTER zadáme střední frekvenci měřeného pásma. Po stisknutí klávesy SPAN zadáme šířku měřeného pásma. Hodnoty zadáváme pomocí klávesnice, zadání ukončíme stiskem jednotky kmitočtu. Nastavíme požadovaný typ rozmítání. Stiskneme funkční klávesu SWEEP a aktivujeme volbu Sweep type. Pak zvolíme vhodný způsob rozmítání (lineární, logaritmický). - 2 -
Nastavíme počet bodů měření. Stiskneme funkční klávesu SWEEP a aktivujeme volbu Sweep type. Počet bodů měření zadáme pomocí klávesnice. Aktivujeme výpočet měřené veličiny jako průměr z N měření. Stiskneme funkční klávesu SWEEP, stiskneme More1/2 a aktivujeme volbu Average On. Počet měření pro výpočet průměrné hodnoty N se zadáme aktivací volby Average Factor. Nastavíme šířku pásma IF filtru. Stiskneme funkční klávesu PWR BW a aktivujeme volbu Meas Bandwidth. Z nabídky vybereme vhodnou šířku pásma IF filtru. Stiskneme funkční klávesu CAL pro vyvolání kalibračního menu. Aktivujeme Start Cal a stiskem One Port P1 (P2) vybereme port. Po výběru úplné kalibrace (tlačítko Full) se objeví průvodce kalibrací (obr. 1). Obr. 1 Průvodce kalibrací nastavení typu konektoru a kalibrační sady. V prvním dialogovém okně kalibračního průvodce je potřeba vybrat typ kalibrovaných konektorů (sloupec Connector) a typ kalibrační sady (sloupec Calibration Kit). Předpokládejme, že chceme kalibrovat samčí (M) port s N-konektorem. Proto zvolíme N 50 Ω (m) v prvém sloupci a ZV-Z121 ve druhém sloupci. Stiskneme tlačítko Next. Obr. 2 Samotná kalibrace přístroje. Ve druhém dialogovém okně provedeme kalibraci (obr. 2). V našem případě je potřeba kalibrovat port postupně na zkrat (Short), otevřený konec (Open) a na přizpůsobenou zátěž (Match). Přitom postupně připojujeme odpovídající konektory Short, Open a - 3 -
Match kalibrační sady. Po každém připojení konektoru klikneme na odpovídající tlačítko vlevo od Short (m), Open (m) a Match (m). Kalibraci ukončíme kliknutím na tlačítko Apply. Skutečnost, že je přístroj zkalibrován pro měření na daném portu (daných portech). je indikována na displeji ve stavovém řádku měřeného průběhu (na obr. 3 je toto místo označeno červeným kroužkem). Na dané pozici může být uvedeno: Cal přístroj je zkalibrovaný; Cal Int naměřená data při kalibraci jsou interpolována pro korekci chyby (je možné měřit obvykle s velmi dobrou přesností); Cal Off přístroj pro daný frekvenční rozsah není zkalibrovaný. Obr. 3 Kopie displeje obvodového analyzátoru. 3.2 Dvouportová kalibrace přístroje pomocí kalibrační sady ZV-Z121 Postup dvouportové kalibrace přístroje je obdobný jako pro jednoportovou kalibraci. Pro tuto kalibraci je vhodné použít kalibrační metodu TOSM (Through, Open, Short, Match). Postup je následující: Stiskem tlačítka PRESET uvedeme přístroj do předem definovaného stavu. Nastavíme požadovaný frekvenční rozsah měření. Po stisknutí klávesy CENTER zadáme střední frekvenci měřeného pásma, po stisknutí klávesy SPAN šířku měřeného pásma. Hodnoty zadáme pomocí klávesnice, zadání ukončíme stiskem jednotky kmitočtu. Nastavíme požadovaný typ rozmítání. Stiskneme funkční klávesu SWEEP, aktivujeme volbu Sweep type a zvolíme vhodný způsob rozmítání (lineární, logaritmický). Nastavíme počet bodů měření. Stiskneme funkční klávesu SWEEP, aktivujeme volbu Sweep type a zadáme na klávesnici počet bodů měření. Aktivujeme výpočet měřené veličiny jako průměr z N měření. Stiskneme funkční klávesy SWEEP a More1/2, aktivujeme volbu Average On. Počet měření N se zadá aktivací volby Average Factor. - 4 -
Nastavíme šířku pásma IF filtru. Stiskneme funkční klávesu PWR BW a aktivujeme volbu Meas Bandwidth. Z nabídky vybereme vhodnou šířku pásma IF filtru. Stiskneme funkční klávesu CAL pro vyvolání kalibračního menu. Aktivujeme kalibraci stiskem Start Cal; Two-Port P1 P2; TOSM. Objeví se průvodce kalibrací. V prvním dialogovém okně kalibračního průvodce vybereme typ kalibrovaných konektorů a kalibrační sadu (viz jednoportová kalibrace). Po výběru stiskneme tlačítko Next. Ve druhém dialogovém okně provedeme kalibraci. Oproti jednoportové kalibraci je potřeba provést více kalibračních kroků (celkově 7). U každého z portů P1 a P2 je potřeba provést postupně kalibraci na Short, Open, Match. U obou portů nakonec kalibrujeme na Through. Kalibraci ukončíme kliknutím na tlačítko Apply. 3.3 Kalibrace přístroje pomocí jiných kalibračních kitů V předcházející části byla popsána jednoportová a dvouportová kalibrace přístroje pomocí kalibrační sady ZV-Z121 pro N-konektory. Kalibrace jinou kalibrační sadou (např. ZV-Z132 pro 3.5mm konektory) je analogická. V průvodci kalibrací přístroje je potřeba jen nastavit vhodnou kalibrační sadu a konektory (obr. 1). Pokud kalibrační sada v nabídce není, musíme ji definovat dle [1]. 4. Měření V závislosti na typu kalibrace (jednoportová, dvouportová) je možné měřit obvodovým analyzátorem jednobrany nebo dvoubrany (jedna brána = jeden port = jeden konektor). Postup měření jednobranu nebo dvoubranu je prakticky stejný: Připojíme měřené zařízení na zkalibrované porty. Následující nastavení by měla proběhnout již při kalibraci přístroje a neměla by být měněna. Pokud se ale spokojíme s menší přesností měření, můžeme nastavení změnit. Nově nastavený frekvenční rozsah však musí spadat do frekvenčního pásma, ve kterém byl přístroj kalibrovaný. Nastavíme požadovaný frekvenční rozsah měření. Po stisknutí klávesy CENTER zadáme střední frekvenci měřeného pásma, po stisknutí klávesy SPAN šířku měřeného pásma. Hodnoty zadáme pomocí klávesnice, zadání ukončíme stiskem jednotky kmitočtu. Nastavíme požadovaný typ rozmítání. Stiskneme funkční klávesu SWEEP, aktivujeme volbu Sweep type a zvolíme vhodný způsob rozmítání (lineární, logaritmický). Nastavíme počet bodů měření. Stiskneme funkční klávesu SWEEP, aktivujeme volbu Sweep type a zadáme na klávesnici počet bodů měření. Aktivujeme výpočet měřené veličiny jako průměr z N měření. Stiskneme funkční klávesy SWEEP a More1/2, aktivujeme volbu Average On. Počet měření N se zadá aktivací volby Average Factor. Nastavíme typ měřených parametrů. Stiskneme funkční klávesu MEAS a vybereme typ měřených parametrů. - 5 -
Nastavíme formát měřených parametrů. Stiskneme funkční klávesu FORMAT a vybereme vhodný způsob zobrazení naměřených dat. Nastavíme vhodné měřítko pro zobrazení měřené veličiny. Stiskneme funkční klávesu SCALE. Pak je možné několika způsoby nastavit vhodné měřítko vertikální osy pro zobrazení měřené veličiny. Pro nastavení je vhodné použít volbu Auto scale. Odečteme měřenou veličinu pomocí markrů. Stiskneme funkční klávesu MRK. Marker 1 je umístěn na střed frekvenčního pásma. Souřadnice pozice markru je zobrazena v pravém horním rohu displeje. Pozici markru je možné měnit pomocí otočného knoflíku. Zobrazíme více měřených průběhů na displeji. Stiskneme funkční klávesu TRACE a aktivujeme volbu Traces. Další průběh přidáme aktivací volby Add Trace, odebereme aktivací volby Delete Trace. Měřený průběh vybereme navigačními a. Uložíme měřenou veličinu do souboru. Stiskneme funkční klávesu TRACE a aktivujeme More 1/3; Import/Export Data; Export Data. V dialogovém okně je možné nastavit vhodný formát uložení dat (položka Save as type). Pro pozdější zpracování naměřených dat v programu Microsoft Excel zvolíme ASCII Files, v případě zpracování dat v programu Matlab zvolíme Matlab Files. Nastavíme mezeru (Space) jako oddělovač (Field Separator). V programu Matlab je pak možno načíst uložená data pomocí funkce load. Uvedené kroky není nutné provádět přesně v daném pořadí; některé mohou být i vypuštěny. Literatura [1] R&S ZVL Vector Network Analyzer, Operating Manual, Rohde & Schwarz, Munich, Germany, 2008. - 6 -