Analyseurs de réseau vectoriels rapides y compris pour les mesures en symétrique

INSTRUMENTATION GENERALE Analyseurs de réseau 44297/5 Fig. 1 Nouvel analyseur de réseau R&S ZVB dans sa version quatre ports. La famille R&S ZVB est une nouvelle génération d analyseurs de réseau Analyseurs de réseau vectoriels R&S ZVB Analyseurs de réseau vectoriels rapides y compris pour les mesures en symétrique vectoriels pour des mesures universelles, y compris sur des objets sous test symétriques et multiports. Avec d excellentes spécifications techniques, des vitesses élevées de transfert de données et de mesure ainsi que différentes possibilités d évaluation des données, ces appareils conviennent parfaitement aussi bien en développement qu en production. Polyvalent, rapide et compact La famille R&S ZVB se compose de modèles à deux ou quatre ports couvrant la gamme de fréquence de 300 khz à 4 ou 8 GHz (fig. 1). Les récepteurs des étages d entrée font appel au procédé de mélange fondamental ayant déjà fait ses preuves dans les familles R&S ZVR qui assure une dynamique élevée de 130 db typique et un faible bruit sur les traces de mesure avec de grandes largeurs de bande de mesure. Le point de compression des récepteurs est en outre très élevé et la puissance de sortie maximale s élève à plus de 13 dbm sur chaque port de mesure (typiquement 16 dbm à 4 GHz). Le niveau de sortie peut être réglé électroniquement sur une plage de plus de 50 db, permettant de déterminer rapidement et sans usure les paramètres non-linéaires des composants actifs. Outre les ports de mesure autorisant l injection de tension continue («bias tee») pour alimenter des composants actifs, les R&S ZVB sont dotés de deux entrées situées sur le panneau arrière pour mesurer des tensions alternatives basse-fréquence. La famille R&S ZVB offre beaucoup plus de possibilités d évaluation et d affichage que ses prédécesseurs. Le nombre de points de mesure par trace a été augmenté pour atteindre 20001 et le total des traces de mesure et des diagrammes n est limité que par la mémoire centrale. Pour l essai des objets de mesure dans différentes conditions de fonctionnement, le R&S ZVB permet la création de plusieurs canaux de mesure («channels»). Un canal de mesure con- 10

tient tous les réglages avec lesquels l analyseur effectue l acquisition des valeurs de l objet sous test, par exemple type de balayage (fréquence, niveau etc.), nombre de points de mesure, niveau de la source, bande passante FI ou calibrage. Plusieurs traces de mesure peuvent être assignées à chaque canal de mesure pour indiquer par exemple : paramètres-s, puissance de sortie, consommation ou coefficient de stabilité dans les conditions respectives de fonctionnement. Fig. 2 Structures identiques pour l utilisation avec touches ou souris. Concept d utilisation claire pour un travail confortable en laboratoire Des tâches de mesure complexes en analyse de réseau et plus particulièrement les applications multiports, exigent une utilisation intuitive et claire. Avec le R&S ZVB, il devient facile de réaliser les mesures les plus exigeantes malgré un grand nombre de ports, diagrammes, traces et paramètres de mesure ainsi qu une multitude de fonctions. Des utilisateurs non formés ou occasionnels profitent particulièrement de ce concept intelligent et les professionnels de l analyse de réseau apprécieront l interface utilisateur perfectionnée et intuitive de l analyseur. Fig. 3 Menus contextuels s ouvrant par simple clique avec la touche droite de la souris. Fig. 4 Plusieurs réglages du R&S ZVB («setups»), intercommutables avec une extrême rapidité, peuvent être chargés dans la mémoire de travail. Outre le principe, largement éprouvé, de commande par touches de fonctions fixes (hardkey) et configurables (softkey), le R&S ZVB offre une utilisation proche de Windows, l opération étant basée sur des menus déroulants. Le concept des commandes par souris et par touches de fonctions fixes et configurables de ces menus possède des structures identiques, permettant à l utilisateur de retrouver les mêmes fonctions aux mêmes positions (fig. 2). L administration des ports de mesure et de la multiplicité des traces et des paramètres de mesure s effectue de façon 11

INSTRUMENTATION GENERALE Analyseurs de réseau Fig. 7 Kit de calibrage (version 4 ports) permettant de calibrer automatiquement en 20 secondes le R&S ZVB sur l ensemble des ports. Fig. 5 Groupe de touches «Support» aide précieuse pour mesures complexes. Fig. 6 Editeur mathématique permettant de relier des traces de mesure à des fonctions mathématiques complexes. 44246 Fig. 8 Exemple pour composants symétriques. + Stimuli en mode différentiel Objet sous test Fig. 9 Signaux en mode commun générés par conversion de modes. Nombre de ports de mesure Dynamique à 10 Hz Largeurs de bande Nombre de points de mesure Temps de mesure pour 201 points et 500 khz bande passante FI Niveau de sortie Paramètres d affichage (exemples) Sdd 11 Sdd 12 Sdc 11 Sdc 12 Sdd 21 Sdd 22 Sdc 21 Sdc 22 Réponse en mode commun Scd 11 Scd 12 Scc 11 Scc 12 Scd 21 Scd 22 Scc 21 Scc 22 <8 ms 13 dbm, typ. 16 dbm de 50 MHz à 4 GHz Paramètres-S, Mixed-Mode-S-Parameter, impédance, admittance, paramètres Y et Z, stabilité, PAE, puissance 12 300 khz à 4 GHz (R&S ZVB 4) 300 khz à 8 GHz (R&S ZVB 8) 2 ou 4 >123 db à 4 GHz 1 Hz à 500 khz 20 001 par trace Actualités de Rohde & Schwarz Réponse en mode différentiel Résumé des caractéristiques du R&S ZVB Gamme de fréquence Stimuli en mode commun No 183 (2004/III) Fig. 10 Matrice avec 16 Mixed-Mode-S-Parameters d un quadripôle symétrique.

conviviale en mode dialogue. Grâce au confort d utilisation apporté par les assistants, le R&S ZVB facilite les déroulements de contrôle complexes, comme le calibrage ou les mesures sur des composants symétriques. Contrairement à beaucoup d autres analyseurs de réseau du marché, la conception de l affichage, la disposition des traces de mesure et leur attribution à certains canaux et diagrammes de mesure sont librement et rapidement configurables sans avoir à passer par de nombreux menus. Les utilisateurs qui préfèrent la commande par souris trouvent rapidement toutes les fonctions nécessaires, sans avoir à connaître de façon détaillée la structure des menus de touches fixes et configurables. En cliquant sur un élément d écran avec la touche droite de la souris, le menu contextuel correspondant s ouvre (fig. 3). Afin de conserver une bonne visibilité des nombreux canaux de mesure et marqueurs, des noms individuels peuvent leur être attribués. Des réglages différents («setups») peuvent être enregistrés sous forme de fichiers sur le disque dur et au besoin, être rechargés dans la mémoire de travail (fig. 4). Lors de l utilisation manuelle, il suffit alors de choisir avec la souris entre les différentes fenêtres «Setup». En cas de commande à distance, le «Setup-Swapping» réduit considérablement le temps de commutation entre les différents réglages. En effet, un réglage complet de l appareil est disponible en 10 ms pour les mesures, les données calibrage compris étant déjà dans la mémoire centrale. Ceci représente un gain de temps considérable par rapport au procédé de lecture sur disque dur qui pouvait durer auparavant jusqu à une seconde. Pour des fonctions supplémentaires telles que l aide en ligne, les informations sur le matériel ou les réglages de mesure actuels, le groupe de touches distinct «SUPPORT» est disponible (fig. 5). L aide en ligne contextuelle étant incluse dans la mise à jour logiciel correspond toujours à la dernière version. La possibilité d annuler plusieurs opérations à l aide de la touche «UNDO» est absolument nouvelle. Cela est également valable pour les «presets». Des reconfigurations fastidieuses de réglage d appareil après une erreur d opération sont ainsi révolues. Le R&S ZVB dispose de vastes possibilités de lecture et d écriture des données de mesure, de traitement et de liaison avec d autres données de traces. Il offre en outre différents formats pour l exportation des données de mesure : MatLab ou des fichiers compatibles avec Simulations-programm Advanced Design System ADS avec l extension *.snp ainsi que ASCII, permettant à l analyseur d être compatible avec les programmes de simulation habituels. Grâce à la possibilité d importer les données de ces fichiers sous forme de trace dans la mémoire, les traces de mesure de l analyseur de réseau peuvent être directement comparées aux données obtenues par simulation. Un éditeur mathématique universel permet en outre de réaliser presque toutes sortes de liens de traces de mesure avec des fonctions mathématiques complexes (fig. 6). Les formules obtenues peuvent être stockées et ainsi transférées sur d autres appareils. Procédés de calibrage innovateurs et multiples L adaptateur de test inclus dans le R&S ZVB répond parfaitement à l ensemble des exigences en matière de procédures de calibrage modernes. L analyseur offre un large éventail de méthodes innovatrices se distinguant particulièrement par un minimum d intervention, une précision de mesure élevée et une parfaite aptitude au calibrage de l adaptateur de mesure. Le maximum de confort et de vitesse lors du calibrage est cependant atteint avec le kit de calibrage proposé en différentes versions concernant notamment le nombre de ports et le type de connecteurs (fig. 7). Ce kit est prêt à fonctionner après connexion de l interface USB et 20 secondes suffisent alors pour que l analyseur de réseau soit calibré automatiquement. Cette méthode apporte par rapport à un calibrage manuel traditionnel un gain de temps et une réduction des risques d erreurs de manipulation considérables, en particulier lorsqu un calibrage complet à 4 ports est nécessaire, par exemple pour les mesures de 2-ports symétriques. Facilité de mesure des composants symétriques Le R&S ZVB dispose de caractéristiques particulières pour mesurer des composants symétriques ou différentiels. Des composants symétriques comme des amplificateurs, des filtres ou des systèmes de bus de données sont de plus en plus utilisés dans la radiotéléphonie mobile et dans l industrie d équipements informatiques. On compte parmi leurs avantages une plus grande immunité aux signaux parasites rayonnés et une plus faible émission de signaux parasites, ce qui permet d atteindre une densité d intégration plus élevée. Les composants «balanced» (deux portes symétriques) et les «single ended» (une porte symétrique et une porte asymétrique) sont les plus répandus (fig. 8). L entrée des composants symétriques est stimulée avec deux signaux de même amplitude, décalés de 180 en phase (au lieu d un signal avec référence par rapport à la masse) ; ce 13

INSTRUMENTATION GENERALE Analyseurs de réseau Fig. 11 L assistant «paramètres-s» (extrait) guide l utilisateur dans ses tâches de mesure complexes. mode d exploitation est qualifié de mode différentiel. Un quadripôle idéal à deux portes symétriques, stimulé à l entrée avec un signal ou une onde en mode différentiel, ne produit à ses entrés/sorties que des ondes incidentes et réfléchies en mode différentiel. En pratique, un objet de mesure génère toutefois des ondes en mode-commun produites par conversion des modes. Ces ondes présentent, sur un port, des amplitudes identiques sans décalage de phase (fig. 9). Le comportement de transfert de tels composants symétriques est décrit par les «Mixed-Mode-S-Parameter» : un quadripôle symétrique par exemple peut être caractérisé par 16 de ces paramètres. La matrice de la figure 10 se compose de quatre quadrants indiquant respectivement les différents modes d exploitation. L indice des paramètres-s décrit le mode d onde correspondant. Ainsi par exemple le S dd21 caractérise le rapport entre l onde mode différentiel transmis au port 2 et l onde mode différentiel du port 1. Le premier quadrant décrit en général le cas d exploitation choisi du quadripôle symétrique. Fig. 12 Mixed-Mode-S-Parameter d un filtre diplexeur. Fig. 13 Diaphonie NEXT et à conversion de modes entre deux paires de conducteurs. Les deuxième et troisième quadrants caractérisent la conversion de mode de l objet sous test, lors de laquelle celuici convertit les ondes mode différentiel en ondes mode commun et réciproquement, c est-à-dire qu ils décrivent en général le comportement indésirable. Le quatrième quadrant montre le comportement de l objet de mesure alimenté par des signaux en mode commun concernant la réflexion ou la transmission de ces signaux. Etant donné que les analyseurs de réseau sont équipés de ports asymétriques, des signaux en mode commun ou en mode différentiel ne peuvent être ni injectés dans les objets sous test, ni mesurés directement. Pour caractériser des composants symétriques, on utili- 14

Specifications Frequency ranges up to 4 GHz and 8 GHz, with two or four test ports Multiport measurements Extremely fast measurement times Parallel loading of setups Balanced measurements, with simultaneous data transfer (preloading, setup swap) mixed-mode S parameters Dynamic range >123 db Operation via front-panel keys or Separate generator for each test port IF bandwidths 1 Hz to 500 khz mouse and keyboard Parallel measurements Level sweep range 50 db Online help Calibration techniques: Up to 20 001 points per trace Measurement wizard TOSM, TRL/LRL, TOM, TRM, TNA Unlimited number of independent Optimization of production sequences Multiport calibration techniques channels and traces Model-adaptable standards sait dans le passé des baluns (balancedunbalanced Transformer) afin de pouvoir générer et analyser les signaux en mode commun avec un analyseur asymétrique. Cette méthode de mesure est toutefois inadéquate pour des fréquences plus élevées, puisque ni baluns en qualité requise ni étalons de calibrage ne sont disponibles. Une autre approche est donc utilisée : au lieu d analyser le quadripôle symétrique avec des signaux symétriques à l aide de baluns, le quadripôle symétrique est mesuré comme un «4-ports» asymétrique avec un analyseurs de réseau «4-ports» (asymétrique). Les paramètres-s asymétriques peuvent être calculés à partir des «Mixed-Mode- S-Parameter». Deux ports physiques de l analyseur de réseau forment chacun un port symétrique logique. Pour guider l utilisateur dans cette tâche de mesure très complexe, le R&S ZVB est équipé d un assistant «paramètres-s» qui le conduit pas à pas dans les réglages et lui propose le cas échéant un calibrage adéquat (fig. 11). Par exemple, l affichage complet de l ensemble des 16 «Mixed-Mode-S-Parameter» peut ainsi être configuré sans erreurs en moins de 30 secondes. Exemples de mesure avec le R&S ZVB Mesures sur filtres à ondes de surface (FOS) Des réseaux d adaptation transforment l impédance des composants symétriques par exemple des FOS hauteimpédance en impédances plus basses du circuit. Des utilisateurs et fabricants des FOS s intéressent donc au comportement de ces composants avec un réseau d adaptation correspondant. Grâce aux réseaux d adaptation virtuels (par pure voie de calcul) du R&S ZVB, la construction fastidieuse de ces réseaux physiques peut être évitée. Lors de ces mesures, l analyseur encastre virtuellement le FOS dans le circuit d adaptation idéal souhaité. Il prend aussi en considération les différentes impédances des modes différentiel et commun (fig. 12). Mesures sur câbles symétriques Compte tenu que les applications de câbles symétriques vont jusqu à la gamme des GHz, leur mesure n est possible qu à l aide de baluns virtuels. Hormis les paramètres de transmission et de réflexion, la connaissance de la diaphonie et de la conversion de mode entre deux paires de conducteurs différents est également nécessaire. La diaphonie mode commun mesurée à l extrémité de deux paires de conducteurs est appelée NEXT (Near-end Crosstalk) ; la diaphonie mode commun entre deux paires de conducteurs mesurée aux extrémités opposées s appelle FEXT (farend crosstalk). Ces paramètres peuvent être rapidement et simplement déterminés avec le R&S ZVB équipé de quatre ports (fig. 13). Mesures sur amplificateurs Le R&S ZVB offre une multitude de fonctions pour les mesures sur amplificateurs : en plus des paramètres-s, il détermine la puissance de sortie, les facteurs de stabilité, la puissance absorbée, le PAE (Power Added Efficiency, quotient entre puissance générée et puissance DC consommée) ainsi que les impédances et paramètres-z, en fonction de la fréquence ou du niveau. La puissance de sortie élevée de 16 dbm typique et la grande plage de balayage de niveau de plus de 50 db permettent de réaliser de manière rapide et sans usure (sans commutation d atténuateurs mécaniques) des mesures d amplificateurs dans des conditions de charge différentes. La mesure de la PAE nécessite aussi la connaissance en dehors de la puissance d entrée et de sortie des tensions et courants DC qui sont mesurés par deux entrées DC du R&S ZVB. Une de ces entrées DC accepte une gamme de tension de ±10 V pour mesurer la tension tandis que l autre mesure une gamme de tension de ±1 V avec une résolution dix fois plus élevée, visant à mesurer des faibles tensions chutant sur une résistance de mesure de courant (shunt). Les facteurs de proportionnalité nécessaires pour les différents montages de mesure peuvent être entrés en dialogue. Le R&S ZVB disposant d un nombre de canaux et de traces de mesure quasiillimité et en conséquence, d un grand nombre de réglages de mesure différents, tous les paramètres souhaités peuvent être représentés et ajustés si nécessaire en fonction de la fréquence et du niveau et ce, en temps quasi-réel. Thilo Bednorz Autres informations, fiche technique et brochure sous www.rohde-schwarz.com (Mot-clé ZVB) Vector Network Analyzers ZVB Fiche technique R&S ZVB Vector Network Analyzers ZVB Brochure R&S ZVB 15