Étalonnage en ondes millimétriques (au-delà de 75 GHz)
Au-delà de 75 GHz, la longueur d'onde tombe sous 4 mm, les connecteurs coaxiaux s'arrêtent (1,0 mm jusqu'à 110 GHz) et les mesures passent en guide d'ondes rectangulaire. L'alignement des brides, les modules d'extension et l'air lui-même deviennent les principales limites.
Instruments et exactitude typique
| Instrument | Étendue typique | Exactitude typique | Où il est utilisé |
|---|---|---|---|
| VNA à guides d'ondes avec modules d'extension de fréquence | 75 GHz à 1,1 THz | Selon la bande et l'étalonnage, typiquement ±0,5 à ±1,5 dB en transmission | Paramètres S de dispositifs en guide d'ondes |
| Capteur de puissance à guide d'ondes (thermoélectrique, à diode) | 75 GHz à 170 GHz et au-delà | 3 to 8 % | Mesure de puissance en bandes W et D |
| Wattmètre calorimétrique | 75 GHz à 3 THz | 2 to 5 % | Puissance de référence en ondes millimétriques et THz |
| Mélangeur harmonique et analyseur de spectre | Jusqu'à 110 GHz et au-delà | Niveau ±1 à ±3 dB, fréquence issue de la base de temps | Analyse de signaux avec mélangeurs externes |
| Fréquencemètre avec mélangeur harmonique | Jusqu'à 110 GHz et au-delà | Exactitude de la base de temps | Fréquence des sources millimétriques |
| Atténuateur de précision à guide d'ondes et atténuateur variable | WR-12 to WR-3 | 0.05 to 0.2 dB | Références de niveau et de linéarité |
| Source de bruit à guide d'ondes et radiomètre | 75 GHz à 325 GHz | ±0.3 to ±1 dB | Bruit des récepteurs en 5G, radar et bandes automobiles |
| Antenne et cornet de gain | 75 GHz à 325 GHz | Gain ±0,2 à ±0,5 dB | Radar et communications en espace libre |
Au-delà de 110 GHz, il n'y a plus de coaxial : tout est en guide d'ondes, et les kits d'étalonnage sont propres à chaque bande. 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 au-delà de 75 GHz
| Guide d'ondes | Grand côté a | Bande normalisée (GHz) | Coupure TE10 (GHz) | Lettre de bande (approx.) |
|---|---|---|---|---|
| WR-12 | 3.099 mm | 60 to 90 | 48.37 | E |
| WR-10 | 2.54 mm | 75 to 110 | 59.01 | W |
| WR-8 | 2.032 mm | 90 to 140 | 73.77 | F |
| WR-6 | 1.651 mm | 110 to 170 | 90.79 | D |
| WR-5 | 1.295 mm | 140 to 220 | 115.75 | G |
| WR-4 | 1.092 mm | 170 to 260 | 137.27 | — |
| WR-3 | 0.864 mm | 220 to 325 | 173.49 | — |
Le WR-10 chevauche le WR-12, ce qui permet de rester en guide à la jonction. Au-delà de 325 GHz, les guides deviennent submillimétriques et l'alignement des brides domine l'incertitude.
Étalons de référence et traçabilité
- Normes de guides d'ondes. L'IEEE 1785.1 donne les bandes de guides d'ondes et les dimensions de brides à partir de 110 GHz. L'IEC et l'EIA listent les tailles WR inférieures.
- Étalonnage. Les kits d'étalonnage en guide d'ondes utilisent les méthodes TRL ou court-circuit décalé, dont les définitions viennent de la métrologie dimensionnelle du guide et des longueurs de ligne.
- Puissance. Les étalons de transfert de puissance en guide d'ondes sont comparés à un calorimètre ou microcalorimètre, et leur rendement est donné par bande.
- Fréquence. Raccordée à la base de temps par un mélangeur harmonique ou une chaîne de multiplication, avec verrouillage de phase sur une référence connue.
- Système qualité. ISO/IEC 17025, portée indiquant la bande de guide d'ondes, la grandeur et l'incertitude.
Comment on l'étalonne
Procédure type
- Choisir la bande de guide d'ondes qui couvre la fréquence, puis inspecter les brides et les goupilles d'alignement.
- Préchauffer le VNA et les têtes d'extension. Laisser la température se stabiliser, car la dérive des têtes est grande comparée aux bandes plus basses.
- Étalonner avec le kit propre à la bande (TRL ou courts-circuits décalés), au plan de référence du dispositif.
- Fixer et soutenir le guide d'ondes pour qu'il ne subisse pas de contrainte, et éviter de déplacer les modules après l'étalonnage.
- Mesurer l'étalon (un atténuateur, un thru, une désadaptation) pour contrôler l'étalonnage.
- Mesurer le dispositif et noter la limite de dynamique en haut de la bande.
- Relever la température et rapporter l'incertitude avec la bande et le type de bride.
Là où ça se passe mal
- Désalignement des brides. Quelques micromètres de décalage en WR-3 donnent une forte réflexion.
- Mauvaise répétabilité. La reconnexion change le résultat de plus que l'incertitude de l'instrument.
- Dérive des modules d'extension. Les têtes chauffent et la phase varie de plusieurs degrés.
- Absorption atmosphérique. L'oxygène vers 60 GHz et l'eau vers 183 GHz absorbent fortement en espace libre.
- Faible dynamique en haut de la bande. Le bruit domine en transmission au-delà de 500 GHz.
Ce qui entre dans le bilan d'incertitude
- Définitions et étalons du kit d'étalonnage.
- Répétabilité et alignement des brides.
- Dérive des modules, flexion des câbles et température.
- Rendement du capteur de puissance et désadaptation.
- Plancher de bruit et dynamique, plus effets atmosphériques en espace libre.
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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