Qu’est-ce qu’un analyseur de réseau ?
Un analyseur de réseau, network analyzer en anglais, est un appareil permettant de caractériser le réseau d’un dispositif sous test (DUT ; device under test).
Il peut notamment mesurer l’atténuation et l’impédance du signal d’entrée de l’objet testé. Il évalue les caractéristiques à haute fréquence des composants électroniques, etc., et a un large éventail d’utilisations, y compris les dispositifs de transmission.
La sortie de l’analyseur de réseau est représentée par les paramètres S (paramètre de diffusion), les grandeurs physiques définies par les paramètres S étant la réflexion directe (S11), la transmission directe (S21), la transmission inverse (S12) et la réflexion inverse (S22).
Utilisations des analyseurs de réseau
Les analyseurs de réseau se divisent en deux grandes catégories : les analyseurs de réseau scalaires et les analyseurs de réseau vectoriels (VNA). Les analyseurs de réseau vectoriels (VNA), qui fournissent non seulement des informations sur l’amplitude mais aussi sur la phase, ont un plus large éventail d’utilisations.
Utilisant les avantages des analyseurs de réseau pour les applications à haute fréquence, ils sont utilisés dans le développement de circuits d’adaptation pour les amplificateurs à haute fréquence. Dans ce cas, la conception est basée sur les paramètres S précis de l’amplificateur, de l’antenne et du filtre respectivement.
Dans de nombreux cas, ils évaluent l’adaptation de l’impédance. Une mauvaise adaptation de l’impédance dans les lignes de transmission de chaque appareil ou câble d’un réseau de circuits traitant des hautes fréquences peut entraîner une perte de puissance et une distorsion du signal.
Principe des analyseurs de réseau
Un analyseur de réseau est équipé d’une source de signaux, d’un séparateur de signaux, d’un coupleur directionnel et d’au moins trois récepteurs.
- Source de signaux
La source de signaux est responsable de l’alimentation du système en signaux et est fournie par un synthétiseur. - Séparateur de signaux
Le séparateur de signaux utilise un séparateur à résistance pour diviser le signal d’entrée en signaux de circuit et en récepteurs (signal de référence R). - Coupleur directionnel
Le coupleur directionnel sépare l’onde d’entrée de l’onde réfléchie, qui est mesurée au niveau du récepteur (signal de référence A).
La sortie de l’objet sous test est mesurée sur un troisième récepteur (signal de transmission B). L’évaluation est effectuée en comparant les signaux, par exemple S11 est défini par A/R et S21 par B/R.
La grande précision de mesure de l’analyseur de réseau est également assurée par un étalonnage précis. L’étalonnage est effectué à l’aide d’étalons dont les caractéristiques sont connues. Une méthode d’étalonnage couramment utilisée est la méthode SOLT. Un étalon de court-circuit, de circuit ouvert ou de charge d’adaptation y est couplé à un plan de référence dans une connexion directe (thru).
La mesure étant très précise, il faut veiller à éviter les erreurs de mesure dans divers domaines, tels que le couple de serrage du connecteur, la température ambiante, le signal d’entrée et la stabilité du câble, etc.
Autres informations sur les analyseurs de réseau
1. Connaissances de base sur Les analyseurs de réseau
Il existe deux types d’analyseurs de réseau : l’analyseur de réseau vectoriel (ARV) et l’analyseur de réseau scalaire, les analyseurs de réseau vectoriel étant plus couramment utilisés de nos jours.
Les analyseurs de réseau disposent d’une méthode pour mesurer les changements d’amplitude dans les mesures de transmission et de réflexion appelées paramètres S. Ils sont aussi appelés matrices S, il existe un système de numérotation en guise de définition. Le système de numérotation est le suivant : “Sij i=port de sortie, j=port d’entrée”, où S11 représente une mesure d’un signal incident au port 1 qui est transmis au port 1 ; S12 signifie une mesure d’un signal incident au port 2 qui est transmis au port 1.
Les paramètres S peuvent être mesurés à l’aide d’un instrument de mesure ARV. Toutefois, le ARV doit être étalonné avant la mesure à l’aide de plusieurs méthodes d’étalonnage.
La méthode de base pour calibrer un ARV consiste à utiliser trois instruments standard. Les méthodes d’étalonnage les plus connues sont la méthode d’étalonnage SOLT, la méthode d’étalonnage UnKnown Thru et la méthode d’étalonnage TRL, comme décrit ci-dessus.
2. À propos de la mesure de l’impédance
L’impédance est un paramètre important utilisé dans la caractérisation des circuits électroniques, des composants électroniques et des matériaux électroniques. Elle correspond à la quantité de courant alternatif qui interrompt un circuit ou un autre dispositif à certaines fréquences. Il existe différents types de méthodes de mesure de l’impédance, chacune ayant ses propres avantages et inconvénients.
La méthode de mesure doit être choisie en tenant compte de la gamme de fréquences requise pour la mesure et des conditions de mesure de la gamme de mesure de l’impédance. Les méthodes de mesure comprennent la méthode du pont, la méthode de résonance, la méthode I-V, la méthode d’analyse de réseau, la méthode d’analyse de réseau dans le domaine temporel et la méthode du pont équilibré automatique.
La méthode du pont est décrite à titre d’exemple. Les avantages de la méthode du pont sont sa grande précision (environ 0,1 %), sa capacité à couvrir une large gamme de fréquences avec plusieurs instruments de mesure et son faible coût. En revanche, elle présente l’inconvénient de nécessiter une opération d’équilibrage et de ne pouvoir couvrir qu’une plage de fréquences étroite avec un seul appareil. La plage de fréquence de mesure de la méthode du pont va approximativement jusqu’à 300 MHz DC.
3. Tendances en matière d’extension de fréquence
L’extension maximale de la fréquence des analyseurs de réseau s’étend désormais à la bande sub-THz (220 GHz). En effet, l’on prévoit que la prochaine génération de normes de communication, la 6G, utilisera très probablement la bande des 140 GHz, connue sous le nom de “bande D”.
Cependant, la bande sub-THz est sensible aux erreurs de longueur électrique et aux éléments parasites en raison de sa fréquence élevée. Cela rend la précision totale de l’étalonnage, y compris les sondes et les câbles RF, extrêmement importante.
En réalité, la gamme de fréquences pouvant être étalonnée en une seule fois est souvent limitée. Les fabricants rivalisent pour mettre au point des instruments de mesure faciles à utiliser, y compris le traitement des données entre les étalonnages et l’ajout de prolongateurs de fréquence dédiés à la bande des ondes millimétriques.
4. L’ajout de fonctions d’évaluation de la puissance modulée
Les analyseurs de réseau sont généralement utilisés pour évaluer l’impédance des objets sous test et les paramètres S, qui sont des évaluations de petits signaux. Toutefois, récemment, l’analyse de la modulation et l’évaluation des grands signaux et l’analyse de l’évaluation des petits signaux sont souvent effectuées en tant qu’ensemble. À l’avenir, les analyseurs de réseau seront utilisés comme un outil simple et facile à utiliser pour l’analyse de la modulation.
À l’avenir, les analyseurs de réseau seront utilisés non seulement pour l’évaluation de l’impédance et des paramètres S, mais aussi pour l’évaluation des commutateurs, des filtres, des amplificateurs haute fréquence (RF), des amplificateurs à faible bruit (LNA) et d’autres frontaux RF, y compris l’analyse des grands signaux et l’analyse de la modulation.