Étalonnage RF et hyperfréquences (jusqu'à 75 GHz)
Jusqu'à 75 GHz, les grandeurs sont la puissance, l'affaiblissement, la réflexion, la fréquence et le bruit. L'essentiel de l'incertitude vient des connecteurs et de la désadaptation, pas de l'instrument. Cette page couvre la mesure coaxiale et en guide d'ondes de 10 MHz à 75 GHz.
Instruments et exactitude typique
| Instrument | Étendue typique | Exactitude typique | Où il est utilisé |
|---|---|---|---|
| Capteurs de puissance à thermistance et à thermocouple | 10 MHz à 50 GHz, environ -35 à +20 dBm | 1 à 3 % (environ 0,05 à 0,13 dB) | Mesure de puissance de référence |
| Capteurs de puissance à diode | 10 MHz à 75 GHz, -70 à +20 dBm | 2 à 5 % plus la désadaptation | Mesure de puissance générale et bas niveaux |
| Microcalorimètre (primaire) | Coaxial et guide d'ondes | Meilleure que 0,5 % | Instituts nationaux : fixe le rendement des capteurs |
| Analyseur de réseau vectoriel (VNA) | 10 MHz à 70 GHz et plus | Pertes de retour et paramètres S, selon l'étalonnage | Réflexion, perte d'insertion, phase |
| Atténuateur à échelons et atténuateur étalon | DC à 50 GHz et guide d'ondes | 0,01 à 0,05 dB par 10 dB | Références d'affaiblissement et de linéarité |
| Fréquencemètre et base de temps | Jusqu'à 40 à 70 GHz en direct | Exactitude de la base de temps (10⁻⁹ à 10⁻¹²) | Fréquence des générateurs de signaux |
| Générateur de signaux et analyseur de spectre | 9 kHz à 75 GHz | Niveau ±0,5 à ±2 dB, fréquence 10⁻⁷ à 10⁻⁹ | Production et essais généraux |
| Mesureur de facteur de bruit et source de bruit | 10 MHz à 50 GHz et au-delà | ±0.1 to ±0.3 dB | Essais de récepteurs et d'amplificateurs faible bruit |
Tout ce qui précède est une valeur typique. En hyperfréquences, le connecteur et les adaptateurs ajoutent autant d'incertitude que l'instrument. Les chiffres d'exactitude sont des ordres de grandeur pour comparer les instruments. Utilisez toujours la spécification de l'instrument que vous avez sous les yeux.
Bandes de guides d'ondes jusqu'à 75 GHz
| Guide d'ondes | Grand côté a | Bande normalisée (GHz) | Coupure TE10 (GHz) | Lettre de bande (approx.) |
|---|---|---|---|---|
| WR-284 | 72.136 mm | 2.6 to 3.95 | 2.08 | S |
| WR-187 | 47.549 mm | 3.95 to 5.85 | 3.15 | C |
| WR-137 | 34.849 mm | 5.85 to 8.2 | 4.30 | C |
| WR-112 | 28.499 mm | 7.05 to 10 | 5.26 | X |
| WR-90 | 22.86 mm | 8.2 to 12.4 | 6.56 | X |
| WR-62 | 15.799 mm | 12.4 to 18 | 9.49 | Ku |
| WR-42 | 10.668 mm | 18 to 26.5 | 14.05 | K |
| WR-28 | 7.112 mm | 26.5 to 40 | 21.08 | Ka |
| WR-22 | 5.69 mm | 33 to 50 | 26.34 | Q |
| WR-19 | 4.775 mm | 40 to 60 | 31.39 | U |
| WR-15 | 3.759 mm | 50 to 75 | 39.88 | V |
Les désignations par lettres varient selon les normes (IEEE, EIA, OTAN) : citez donc le numéro WR et la plage de fréquences. La coupure est c / 2a.
Familles de connecteurs coaxiaux
| Connecteur | Fréquence maximale en mode unique | Compatible avec |
|---|---|---|
| Type N | 18 GHz | Robuste, usage général en laboratoire et sur le terrain |
| 7 mm (APC-7) | 18 GHz | Sans genre, métrologie de référence |
| 3.5 mm | 26,5 GHz | Compatible SMA |
| 2.92 mm (K) | 40 GHz | 3,5 mm et compatible SMA |
| 2.4 mm | 50 GHz | De précision, s'accouple avec le 1,85 mm (limité à 50 GHz) |
| 1.85 mm (V) | 67 GHz | S'accouple avec le 2,4 mm |
| 1.0 mm | 110 GHz | Le plus petit coaxial courant |
Accoupler des connecteurs de familles différentes n'est sûr que si la fiche technique le permet, et c'est le connecteur de plus basse fréquence qui fixe la limite.
Étalons de référence et traçabilité
- Puissance. Un calorimètre ou microcalorimètre compare l'échauffement RF à l'échauffement en courant continu : la puissance est donc raccordée à la tension, au courant et à la résistance en continu. Le facteur d'étalonnage de chaque capteur est donné par rapport à la référence à une série de fréquences.
- Paramètres S. Le VNA est étalonné avec un kit d'étalonnage de précision (court-circuit, circuit ouvert, charge, thru, ou lignes TRL en guide d'ondes) dont les définitions sont raccordées à des mesures dimensionnelles.
- Affaiblissement. Les atténuateurs de référence sont étalonnés par substitution FI à double voie ou avec un récepteur étalonné, avec raccordement à des étalons de rapport.
- Fréquence. Comparer l'instrument à une référence au rubidium, au césium ou asservie au GPS via l'entrée de base de temps externe.
- Documents. IEEE 287 pour les connecteurs coaxiaux de précision, ISO/IEC 17025 pour le laboratoire, et les guides nationaux pour l'incertitude des mesures RF.
Comment on l'étalonne
Procédure type
- Préchauffer les instruments et le capteur pendant la durée indiquée dans le manuel, et stabiliser la salle à ±1 °C.
- Inspecter et nettoyer les connecteurs avec des bâtonnets non pelucheux et de l'alcool isopropylique, et les vérifier avec un calibre.
- Serrer les connecteurs à la clé dynamométrique : typiquement 0,9 N·m pour les connecteurs 3,5, 2,92, 2,4 et 1,85 mm, et moins pour le SMA.
- Étalonner le VNA (SOLT, TRL ou LRM) au plan du dispositif avec les coefficients du kit chargés.
- Mettre à zéro et étalonner le wattmètre sur la référence 0 dBm, 50 MHz, puis mesurer la source à chaque fréquence.
- Mesurer l'adaptation de la source et du capteur, calculer l'incertitude de désadaptation et ajouter l'incertitude du facteur d'étalonnage.
- Contrôler avec un dispositif de vérification (un atténuateur connu ou un étalon de désadaptation) avant et après.
Là où ça se passe mal
- Connecteurs sales ou endommagés. Une mauvaise connexion peut changer les pertes de retour de 10 dB et ne peut pas être corrigée par l'étalonnage.
- Mauvais couple de serrage. Un serrage excessif abîme la broche, un serrage insuffisant modifie le contact.
- Mouvement des câbles. La phase et les pertes changent quand on déplace des câbles souples après l'étalonnage.
- Désadaptation ignorée. Avec un ROS de 1,3 sur les deux accès, l'erreur de puissance est d'environ ±0,15 dB.
- Mauvais adaptateurs. Un adaptateur bon marché ajoute des pertes et des réflexions qui ne figuraient pas dans l'étalonnage.
Ce qui entre dans le bilan d'incertitude
- Facteur d'étalonnage du capteur de puissance et son incertitude.
- Désadaptation entre la source et le capteur (voir le calculateur).
- Répétabilité des connecteurs et effets des adaptateurs.
- Linéarité, bruit et dérive du wattmètre.
- Flexion des câbles, température et exactitude en fréquence.
Combinez les contributions comme dans le calculateur de bilan d'incertitude, puis décidez conforme ou non conforme avec une bande de garde comme expliqué sur la page des calculateurs.
Calculateurs
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