Radar Grondbeginselen

Meten met een netwerkanalysator

Een netwerkanalysator is een meetinstrument waarmee het elektrische gedrag van hoogfrequente componenten wordt getest. Het bestaat uit een RF-bron en verschillende testontvangers. Het is speciaal ontworpen om de transmissie-eigenschappen van RF-componenten te meten, d.w.z. hun transmissie- en reflectiewaarden (ook verstrooiingsparameters of S-parameters genoemd) als functie van de frequentie. Deze S-parameters hebben zowel een magnitude- als een fasecomponent en karakteriseren de te testen assemblage. Indien de netwerkanalysator niet alleen de magnitude maar ook de fasen kan analyseren, wordt hij een vectornetwerkanalysator genoemd. Pas sinds er vectornetwerkanalysatoren beschikbaar zijn, worden de apparaten die alleen de magnituden kunnen meten, ter onderscheiding scalaire netwerkanalysatoren genoemd.

Netwerkanalysers zijn typische werkplaatsapparatuur. Het meetproces vereist dat het te meten onderdeel uit zijn toepassingsomgeving is gehaald en onder laboratoriumomstandigheden is getest. Naast de (lineaire) verstrooiingsparameters kunnen ook enkele niet-lineaire eigenschappen worden gemeten, zoals versterkercompressie, intermodulatievervorming of ruisparameters.

Figuur 2: S-parameters op een netwerk met twee poorten (hier: een banddoorlaatfilter)

Figuur 2: S-parameters op een netwerk met twee poorten (hier: een banddoorlaatfilter)

S-parameters

De S-parameters beschrijven metrologisch het gedrag van hoogfrequente componenten, die hier netwerken worden genoemd. Het aantal vereiste S-parameters hangt af van het aantal verbindingen (poorten) van een netwerk en is het resultaat van het kwadraat van het aantal poorten. Een Ferriet-circulator bijvoorbeeld is een netwerk met drie poorten en wordt gemeten aan de hand van 9 S-parameters. Een bandpassfilter is een netwerk met twee poorten, één ingang (poort 1) en één uitgang (poort 2). De vier S-parameters zijn:

• S₁₁: ingangsreflectiecoëfficiënt;
• S₂₁: voorwaartse transmissie;
• S₁₂: achterwaartse transmissie;
• S₂₂: uitgangsreflectiecoëfficiënt.

Voor een passief netwerk, zoals in het banddoorlaatfilter in figuur 2, moeten S₂₁ en S₁₂ gelijk zijn. Indien het netwerk echter een versterker bevat, dan moet S₁₂ zo klein mogelijk zijn en de reciproke daarvan wordt dan isolatie genoemd.

Figuur 3: S-parameters op een ferrietcirculator met drie poorten

Figuur 3: S-parameters op een ferrietcirculator met drie poorten

S-parameters van een netwerk met meerdere poorten kunnen worden samengevat in een S-matrix:

(1)