Vérification de l'impédance du port RF

Votre tâche

Dans le monde de la RF, il existe deux valeurs standards pour l'impédance caractéristique des composants à terminaison simple :

50 Ω et 75 Ω. La plupart des câbles, connecteurs et composants RF correspondent à l'une de ces deux valeurs. 75 Ω est une valeur fréquemment trouvée dans les applications TV (câble) car elle est proche de 77 Ω, qui est le point d'atténuation RF minimal. 50 Ω est un compromis entre la capacité de transmission à puissance élevée (30 Ω) et la faible atténuation. Il est, cependant, important de n'avoir que des composants correspondants à la même valeur d'impédance.

Obtention de la transmission de puissance maximale

Selon le théorème de transfert de la puissance, la principale composante pour obtenir le transfert de puissance maximal est de faire correspondre la source d'impédance Z₀ et la charge d'impédance Z_L. Dans le cas correspondant, Z_L est égal à Z₀.

Réduction de la réflexion de la puissance RF

L'effet du port correspondant peut être exprimé dans trois paramètres différents :

1. Le coefficient de réflexion

Le pourcentage de l'onde réfléchie par rapport à l'onde incidente est désigné par Γ :

Une correspondance parfaite entre la source et la charge correspond à Γ = 0, une réflexion totale correspond à |Γ| = 1.

2. Rapport d'onde stationnaire en tension (VSWR)

Sinon, la réflexion peut être observée du point de vue du rapport d'onde stationnaire (VSWR) :

Le VSWR est une mesure de la manière dont la puissance est transmise. Un VSWR = 1 indique une transmission de puissance optimale sans réflexion, des valeurs supérieures indiquent qu'il est possible d'améliorer la correspondance d'impédance. Plus de puissance réfléchie signifie moins de puissance transmise, ce qui engendre une consommation inutile de l'autonomie de la batterie. Cela peut également endommager votre source de signaux.

3. Pertes de retour

La réflexion peut également être exprimée en pertes de retour :

Il s'agit d'une mesure pour vérifier la correspondance des ports. Des pertes de retour élevées sont souhaitables. Il s'agit de la représentation privilégiée par rapport au VSWR en raison d'une meilleure résolution des caractéristiques de bonne correspondance.

Vous pouvez visualiser la mesure de correspondance d'une charge avec le diagramme de Smith. Il s'agit d'un excellent outil pour la visualisation des caractéristiques de correspondance. Il affiche graphiquement l'impédance de la résistance (cercles de résistance) et la partie réactive (cercles de réactance), avec la partie supérieure correspondant à la nature inductive et la partie inférieure à la nature capacitive. Chaque point sur le diagramme identifie l'impédance associée à une certaine fréquence. Ces valeurs sont représentées par le nombre complexe Z = R ± jX. Sa partie résistive est indiquée par le terme réel R et sa partie réactive par le terme imaginaire.

Pour un diagramme de Smith classique, la résistance passe de 0 (côté le plus à gauche du diagramme) à l'infini (partie la plus à droite du diagramme). La moitié supérieure du diagramme indique les valeurs positives de jX, désignant ainsi un comportement inductif de l'impédance, tandis que celles de la moitié inférieure du diagramme sont négatives et indiquent un comportement capacitif. Faîtes très attention que le diagramme de Smith soit normalisé à l'impédance de référence (50 Ω ou 75 Ω) en fonction de l'équipement utilisé.

Solution Rohde & Schwarz

Une manière simple d'obtenir les bonnes caractéristiques d'impédance consiste à sélectionner des composants adaptés et à vérifier par la mesure. Cette mesure est réalisée plus facilement en utilisant un analyseur de réseaux vectoriels avec un affichage de diagramme de Smith. Le R&S®FPC1500 propose trois fois la valeur. Il ne s'agit pas seulement d'un superbe analyseur de spectre économique doté d'une source de signaux indépendante. C'est également un analyseur de réseaux vectoriels à un port doté d'un pont VSWR intégré. D'autre part, les fonctions de diagramme de Smith intégré et de marqueurs convertissent automatiquement l'impédance normalisée en ohms en se basant sur le système d'impédance sélectionné.

La calibration sur le plan de mesure, c'est à dire l'interface entre l'emplacement du réseau de couplage et les câbles de l'analyseur de réseaux, est une étape extrêmement importante afin de compenser les effets des câbles et des connecteurs. Une calibration manuelle est source d'erreurs et très chronophage lorsque l'étalon de référence circuit ouvert / court-circuit / charge est interchangé manuellement. L'unité de calibration R&S®ZN-Z103 automatise ce processus. Cela aide à minimiser les erreurs de branchement et réduire la durée de la calibration à quelques secondes.

Tout d'abord, réglez les conditions de mesure (gamme de fréquence, bande passante de résolution et nombre de points de mesure souhaités). Puis, connectez le R&S®ZN-Z103 au port USB du R&S®FPC1500. 'instrument reconnaît automatiquement l'unité de calibration. Ensuite, connectes l'une des extrémités du câble coaxial au port de sortie du R&S®FPC1500 et l'autre extrémité à l'unité de calibration. Appuyez sur “Calibrate → Full 1-port“. L'instrument est maintenant calibré et prêt pour analyser le dispositif sous test.

Les impressions d'écrans ci-dessous indiquent des exemples de résultats en modes VSWR, pertes de retour et diagramme de Smith dans la bande ISM 2,4 GHz :

Conclusion

La vérification des ports RF est une composante clé pour réduire les pertes ou la puissance réfléchie et optimiser l'autonomie de la batterie. Elle empêche également les composants de surchauffer ou d'être endommager de manière irréversible. Le R&S®FPC1500 est un superbe outil simple à utiliser et économique dédié à ce type de vérification.