Máy phân tích mạng Vector (VNA) là một công cụ kiểm tra quan trọng đã giúp tạo ra vô số công nghệ không dây hiện đại. Ngày nay, VNA được sử dụng trong nhiều ứng dụng RF và tần số cao. Trong các ứng dụng thiết kế, mô phỏng được sử dụng để đẩy nhanh thời gian đưa ra thị trường bằng cách giảm các lần lặp lại nguyên mẫu vật lý. VNA xác thực các mô phỏng thiết kế; trong sản xuất, các thành phần hoặc thiết bị RF được lắp ráp và thử nghiệm theo một bộ thông số kỹ thuật nhất định, với VNA đảm bảo hiệu suất của chúng một cách nhanh chóng và chính xác. Bài viết này phân tích tổng quan về VNA và đưa ra sự khác biệt của nó với các thiết bị kiểm tra RF khác.

Tổng quan về Vector Network Analyzer

Thuật ngữ “trình phân tích mạng” được dùng để mô tả các công cụ cho nhiều loại “mạng” khác nhau. Ví dụ, hầu hết mọi người ngày nay đều có điện thoại di động chạy trên “mạng” 3G hoặc 4G, và hầu hết nhà ở, văn phòng và địa điểm thương mại của chúng ta đều có Wi-Fi hoặc “mạng” LAN không dây. Hơn nữa, nhiều máy tính và máy chủ trong “mạng” được liên kết với nhau trên đám mây. Đối với mỗi “mạng” này, có một công cụ phân tích mạng nhất định được sử dụng để xác minh hiệu suất, lập bản đồ vùng phủ sóng và xác định các khu vực có vấn đề.

Tuy nhiên, bộ phân tích mạng được định nghĩa là một công cụ đo các tham số mạng của mạng điện. Trên thực tế, có thể nói rằng Nhiều năm qua, các kỹ sư đã sử dụng VNA để giúp tạo ra tất cả các mạng được đề cập ở trên. Các mạng công nghệ phổ biến nhất hiện nay, từ mạng điện thoại di động và mạng Wi-Fi đến mạng máy tính và đám mây, đều có thể được thực hiện bằng cách sử dụng VNA, công cụ đã được phát minh lần đầu tiên cách đây hơn 60 năm.

Ứng dụng của VNA

VNA đóng vai trò thiết yếu trong việc đặc tính hóa các thành phần RF và vi sóng, bao gồm việc đo lường các tham số tán xạ, trở kháng, suy hao chèn, và các đặc tính truyền sóng khác. Các ứng dụng chính bao gồm kiểm tra và tối ưu hóa bộ khuếch đại, bộ lọc, ăng-ten, và các mạch ghép RF. Ngoài ra, mạng máy tính ngày nay hoạt động ở tần số cao đến mức chúng truyền tín hiệu ở tần số RF và vi sóng.

VNA được sử dụng để kiểm tra thông số kỹ thuật của các thành phần và xác minh mô phỏng thiết kế để đảm bảo hệ thống và các thành phần của chúng hoạt động bình thường với nhau. Các kỹ sư nghiên cứu phát triển và kỹ sư thử nghiệm sản xuất thường sử dụng VNA ở nhiều giai đoạn phát triển sản phẩm khác nhau; trong khi đó, các nhà thiết kế thành phần cần xác minh hiệu suất của các thành phần như bộ khuếch đại, bộ lọc, ăng-ten, cáp và bộ trộn. Nhà thiết kế hệ thống cần xác minh thông số kỹ thuật của thành phần để đảm bảo rằng hiệu suất hệ thống mà họ đang tính đến đáp ứng các thông số kỹ thuật của hệ thống con và hệ thống của họ. Các dây chuyền sản xuất sử dụng VNA để đảm bảo rằng tất cả các sản phẩm đáp ứng thông số kỹ thuật trước khi chúng được vận chuyển để khách hàng sử dụng. Trong một số trường hợp, VNA thậm chí còn được sử dụng trong các hoạt động thực địa để xác minh và khắc phục sự cố các hệ thống RF và vi sóng đã triển khai.

Nguyên lý hoạt động của VNA

VNA hoạt động dựa trên nguyên lý phát và thu tín hiệu RF có kiểm soát. Thiết bị tạo ra tín hiệu kích thích có biên độ và pha đã biết, sau đó đo lường các tham số tán xạ (S-parameters) thông qua việc phân tích biên độ và pha của tín hiệu phản xạ và truyền qua. Quá trình này đòi hỏi hiệu chuẩn chính xác và bù trừ các sai số hệ thống để đảm bảo độ chính xác của phép đo.

Tín hiệu kích thích được đưa vào DUT và VNA đo cả tín hiệu phản xạ từ phía đầu vào cũng như tín hiệu đi qua phía đầu ra của DUT. Bộ thu VNA đo các tín hiệu thu được; sau đó, nó so sánh chúng với tín hiệu kích thích đã biết. Sau đó, Kết quả đo được xử lý bởi PC và gửi đến màn hình.

Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại VNA với số lượng cổng và đường dẫn tín hiệu khác nhau. Đối với VNA một cổng, DUT được kết nối với đầu vào và chỉ có thể đo tín hiệu phản xạ; trong khi đó, với VNA hai cổng một đường dẫn, cả tín hiệu phản xạ (S11) và truyền qua (S21) đều có thể đo được. Tuy nhiên, để đo các tham số ngược (S22 và S12), DUT cần phải được đảo ngược vật lý. Còn với VNA hai cổng hai đường dẫn, DUT có thể được kết nối ở bất kỳ cổng nào và theo bất kỳ hướng nào, nhờ khả năng đảo ngược luồng tín hiệu. Điều này cho phép đo đồng thời các tham số phản xạ ở cả hai cổng (S11 và S22) cũng như các tham số truyền qua và truyền ngược (S21 và S12).

Các loại máy phân tích mạng

Hiện nay trên thị trường có 3 loại máy phân tích mạng, chúng đều có điểm chung: có thể đo được các tham số thành phần và thiết bị RF, nhưng theo các cách khác nhau.

• Scalar network analyzer (SNA): Máy phân tích mạng SNA là 1 kiểu máy phân tích mạng RF chỉ đo các thuộc tính biên độ của thiết bị kiểm tra, tức là các thuộc tính lượng vô hướng.
• Vector network analyzer (VNA): Máy đo mạng Vector, VNA là máy phân tích mạng RF có nhiều chức năng hơn SNA vì nó có thể đo và kiểm tra nhiều thông số. Là một máy kiểm tra mạng vector hiệu quả, VNA cũng có thể được gọi là máy phân tích mạng tự động.
• Large Signal Network Analyzer (LSNA): Máy phân tích mạng tín hiệu lớn, LSNA là thiết bị phân tích mạng chuyên dụng cho phép phân tích mạng RF có khả năng kiểm tra đặc tính của thiết bị trong điều kiện tín hiệu rất lớn. Máy cũng có thể kiểm tra sóng hài và sóng phi truyền tính, cung cấp đầy đủ các thông số của chúng. Trước đây máy phân tích mạng tín hiệu lớn được gọi là máy phân tích chuyển đổi vi sóng.

Kết luận

Máy phân tích mạng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc phát triển công nghệ không dây, đặc biệt trong lĩnh vực RF và vi sóng. VNA hỗ trợ các kỹ sư thiết kế và sản xuất kiểm tra các thành phần và hệ thống RF, đồng thời đảm bảo các sản phẩm đáp ứng đầy đủ các thông số kỹ thuật trước khi đưa vào sử dụng. Vì vậy, VNA đang là nền tảng giúp các kỹ sư tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống, rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm và đảm bảo chất lượng hoạt động

‍