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Wiltron_561_68147

Analyse de réseau scalaire 18 GHz (page 3)

Wiltron 561 + Générateur Wiltron 68147A

Wiltron_561_68147

Introduction
Vérification pont
Test détecteurs
Att prog 127 dB
Circulateur à ferrite Thomson 4 GHz
Mes documents disponibles
Liens

Maj : 16/06/09

Abstract :
Continuation of introduction pages (to be read first)

Résumé :
Suite des pages d'introduction (à lire en premier)


Introduction

La première page décrit le principe des mesures scalaires, ces généralités ne seront pas reprises ici.
Analyseur de réseau scalaire "page 1 " évoque mes premières mesures effectuées avec le vieux sweeper HP 8620.
. . . . . . . . . . . . . . . Scalar network analyzer "page 2 "
évoque les mesures suivantes effectuées avec le Sweeper Wiltron 6647A (10 MHz-18.6 GHz) i J'ai utilisé ce couple ancien HP182T + Wiltron 6647A jusqu'en 12/2006
Matériel remplacé par la solution plus récente qui dispose de marqueurs numériques très précis en fréquences et amplitudes, jusqu'en 12/2012, Wiltron 561 + Wiltron 68147A
Matériel remplacé en 2013 par la solution vraiment moderne, tout en USB sur PC, une page devrait suivre.

Wiltron_561_68147

Les limites du scalaire

L'analyseur scalaire est le point d’entrée « économique » pour la mesure de réseaux. Il utilise des détecteurs simples qui ne donnent que des informations d’amplitude pour caractériser les deux seuls paramètres mesurables du DUT (device under test), S21, le direct et S11, le réfléchi.
Un analyseur vectoriel donne l’information capitale supplémentaire, la mesure de phase, il offre une dynamique plus grande et donne accès aux abaques de Smith et diagrammes polaires.
Il est évident que l’analyseur vectoriel est l’outil idéal, mais il a pour seul défaut son prix élevé, les mesures vectorielles de 0 à 20 GHz ne sont pas à la portée de tous les amateurs.
Le scalaire est l’analyseur de pauvre, mais il permet déjà des mesures pertinentes.

 

Prise en main de ce matériel

Cet analyseur de réseau scalaire est performant mais plein de subtilités, et beaucoup moins évident qu’il n’y parait au premier abord.
Il faut beaucoup de pratique et un bon générateur pour en exploiter les possibilités et faire des mesures de qualité, un manque de réflexion entraîne des résultats farfelus. Pour mémoire :
S11 : coefficient de réflexion à l'entrée lorsque la sortie est adaptée ;
S12 : coefficient de transmission inverse lorsque l'entrée est adaptée ;
S21 : coefficient de transmission direct lorsque la sortie est adaptée ;
S22 : coefficient de réflexion à la sortie lorsque l'entrée est adaptée.


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Vérification du pont réflectométrique

La première mesure indispensable consiste à tester le pont, coeur du système de mesure, sur les meilleures charges possibles. Les pics seront analysés avec des lignes à air afin de déterminer s'ils proviennent de défauts des charges ou du pont. Il faut prendre la moyenne de ces courbes, en éliminant ces pics liés aux charges imparfaites.

Matériel mis en jeu pour le test (kit APC7 en prêt de F1LVO)

Mesures 0-20 GHz

APC7

Interprétation de ces mesures

Ce test fondamental est fait entre 0 et 20 GHz avec trois charges de précision. Au préalable pont branché sur "open" puis sur "short", le 0 dB de référence est calé avec précision en haut de l'écran.
Les relevés suivants sont faits avec une interface GPIB Sparkfun.

Avec la meilleure des charges nous mesurons, un retour meilleur que -45 dB (ROS < 1.02) en dessous de 1.5 GHz. Le niveau du générateur est de + 15 dBm, il n'est pas possible de mesurer avec plus de précision, nous sommes dans le bruit
Vers 2.4 GHz, retour de-37 dB (ROS= 1.03).
Remontée progressive vers -32 dB (ROS = 1.05) au-dessus de 8 GHz, cela devient médiocre. Ne pas tenir compte du pic à 13 GHz qui correspond au lambda/4 du boîtier de la charge APC7.

Le pont s'avère utilisable jusqu'aux 18 GHz annoncés par les spécifications, mais ce n'est pas un "Option 1", il n'est pas haute directivité !

 

Fréquence start
0.01
GHz
Fréquence stop
20.0
GHz
Fréquence centre
10
GHz
Span par carreau
2
GHz
S21 Direct / carreau
.
dB
S11 Réfléchi / carreau
5
dB

Pont réflectrométrique Wiltron 18 GHz (Prise N)
SWR Autotester 560-97NF50

Pourquoi mesurer jusqu'à 20 GHz ?

Les ponts, sondes et autres matériels s’écroulent rapidement au-delà de 18 GHz, les mesures deviennent alors fantaisistes.
La limite de 20 GHz a simplement été choisie pour simplifier l’interpolation avec 2 GHz par carreau.
La partie au-delà de 18 GHz (dernière colonne) est à ignorer.

 

Atténuation dans les des ponts réflectométriques

Tous les ponts et autotesteurs absorbent de la puissance, de l’ordre de 8 à 9 dB suivant la fréquence.
En sortie du pont, le niveau sera donc nettement plus faible qu’en sortie du générateur utilisé pour le balayage. Cette perte est importante, et posera parfois des problèmes pour des mesures avec des dispositifs à forte atténuation, il faut de la puissance pour sortir le signal du bruit.

 

Curiosité de mesure

En mode power, un détecteur indique après étalonnage, la puissance réelle en dBm du signal mesuré.
Avec un pont réflectométrique comportant un détecteur incorporé, la sortie ouverte ou fermée (open ou short), toute l’énergie est réfléchie vers le détecteur interne (ROS infini).
On s’attendrait donc à lire en mode « power » la puissance d’entrée exacte, il n’en est rien, la puissance lue est d’environ 12 dB en dessous de la puissance vraie.


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ITest des détecteurs

Mesure de détecteurs (10 MHz à 18.5 GHz) en prises N, 560-7N50 sur l'autotester 560-97NF50.

Mesures 0-20 GHz

Pont_detecteurs

Premier détecteur N

Il avait d'origine un ROS très médiocre. Un démontage avec remise en place du blindage de la diode a considérablement amélioré son comportement.

Il ne fait pas mieux que 18 dB de retour (ROS=1.3), avec une mauvaise remontée du ROS à 1.4 sur 12.8 et 17 GHz .

Il faudra l'étalonner (par les 2 potentimètres intérieurs), il est à 0.5 dB au-dessus du nominal (axe médian)

 

Fréquence start
0.01
GHz
Fréquence stop
20.0
GHz
Fréquence centre
10
GHz
Span par carreau
2
GHz
S21 Direct / carreau
1
dB
S11 Réfléchi / carreau
5
dB

 

Second détecteur N

 

Il n'a pas été démonté, l'étalonnage est bon.

Parfait en desssous de 4 GHz, il est bon à mieux que -30 dB.

De 0 à 11.4 GHz, il est parfait à mieux que -30 dB (ROS = 1.065), sauf une mauvaise remontée du ROS sur 7.6 GHz (ROS = 1.22).

Au dessus de 12 GHz, il se dégrade avec un médiocre -15 dB à 17 GHz (ROS = 1.43).

 


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Atténuateur programmable 127 dB Weinschel

Les outils de mesure étant connus, il est maintenant possible de tester des composants.


Attention, ici la mesure n’est qu’entre 0 et 5 GHz. Cet atténuateur est inutilisable au-dessus, le ROS devient lamentable et l’atténuation fantaisiste.

Weinschel

Le premier relevé montre la perte d’insertion à 0 dB (aucune des cellules binaires n'est activée).

La courbe supérieure correspond à la pente du générateur, câbles et raccords, en remplaçant l’atténuateur par un simple manchon SMA. Il faut retrancher cette courbe aux suivantes.

La perte d’insertion est de 3 dB vers 1.2 GHz et 5 dB vers 2.4 GHz

 

 

Les résonances à 2 et 4 GHz correspondent à la longueur interne de la ligne d’environ 12 cm (quart d’onde à 2 GHz).

Les résonances à 0.3 et 4.2 GHz sont non expliquées.

Fréquence start
0.01
GHz
Fréquence stop
5.0
GHz
Fréquence centre
2.5
GHz
Span par carreau
0.5
GHz
S21 Direct / carreau
5
dB
S11 Réfléchi / carreau
5
dB


Atténuateur programmable 127 dB Weinschel

 

 

Le deuxième relevé ne montre que les atténuations en enclenchant séparément chaque cellule.

Les courbes sont à 0, 1, 2, 4 ... dB

Il est inutile de montrer les autres courbes du réfléchi qui change pour toutes les combinaisons mais qui ne se dégrade jamais trop.

La combinaison de plusieurs cellules donne bien le résultat attendu.

 

Les cellules 1, 2 4, 8 et 16 dB sont très proches des valeurs attendues jusqu’à 3 GHz et peu influencées par la fréquence, mais s’écroulent ensuite.

Pour la cellule 32 dB, la situation se dégrade totalement en haut de bande (capacités parasites internes), avec un trou abyssal vers 3.7 GHz !

La cellule 64 dB n’est pas activée car non mesurable, le signal devient inférieur au bruit du détecteur.


Atténuateur programmable 127 dB Weinschel


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Circulateur à ferrite Thomson 4 GHz

Ce circulateur à ferrite Thomson a été trouvé dans une brocante.
Référence : TBC 281

Vous trouverez dans la page précédente la même mesure faite avec mon ancien matériel, cela permet de voir l'amélioration des conditions.
Mesure sur  un circulateur 4 GHz

Voir le détail des recopies d'écran en page GPIB

 Circulateur
Fréquence start
0.01
GHz
Fréquence stop
5.0
GHz
Fréquence centre
2.5
GHz
Span par carreau
0.5
GHz
S21 Direct / carreau
5
dB
S11 Réfléchi / carreau
5
dB
561

Circulateur Thomson, sens passant

Fréquence start
0.01
GHz
Fréquence stop
5.0
GHz
Fréquence centre
2.5
GHz
Span par carreau
0.5
GHz
S21 Direct / carreau
5
dB
S11 Réfléchi / carreau
5
dB
561

Circulateur Thomson, sens bloquant

Interprétation de ces mesures

Ces mesures sont plus précises que les précédentes avec l'utilisation d'un pont à haute directivité et d'un générateur très propre.

La courbe passante montre un bon ROS inférieur à 1.22 (-20 dB) et une faible perte (moins de 1 dB) de 3.3 à 4.7 GHz.
La courbe inverse montre qu'il est exploitable sur la mème plage, et vraiment exceptionnel à la fréquence de 3.65 GHz.
Il est donc considéré comme utilisable de 3.3 à 4.7 GHz autrement dit à 4 (+/-) 0.7 GHz.

Remarque

Ce choix d’échelle fréquence est purement didactique, pour ajuster les GHz sur le graticule. La première mesure dégrossie, il est évident qu’il ne faut s’intéresser qu’à la seule partie utile de 3 à 5 GHz.


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Mes documents disponibles

Ma documentation disponible / My documentation available :

Model 561 Scalar network analyzer _ Operation manual _ P/N 100410-0018 _ april 1988
Model 561 Scalar network analyzer _ Maintenance manual _ P/N 100410-0020 _ april 1989 (big with A3 diagrams)

Also manual for Model 56 Scalar network analyzer _ Operation and Maintenance manual _ P/N 5600 OMM_ april 1989 (Full schematics)

DVD_Electronique_Manuels\Wiltron\Wiltron_56x_scalar
Taille

Titre

26.223.740

Wiltron_560A_op_maint.pdf

3.424.207

Wiltron_561_info.pdf

10.484.031

Wiltron_561_maintenance_A3.pdf

11.029.473

Wiltron_561_maintenance_A4.pdf

3.569.182

Wiltron_561_User_manual.pdf

Total 55 Mo


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Liens analyseurs scalaires de réseau

Tous les liens spécifiques sont maintenus dans la page d'introduction : Analyseur de réseau scalaire "page 1 "
Scalar network analyzer "page 2 "

* Aucun lien externe à maintenir

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