Étalonnage RF

L'étalonnage des radiofréquences et des micro-ondes (RF et micro-ondes) prend le relais dans les fréquences qui vont au-delà de celles de l'étalonnage c.c. et c.a. basse fréquence (DC/LF). La frontière est floue, mais la plupart des métrologues considèrent qu'elle se situe entre 1 et 10 MHz. L'étalonnage RF et micro-ondes s'effectue généralement dans des laboratoires séparés au sein de l'organisme d'étalonnage, l'étalonnage des micro-ondes s'effectuant dans une zone distincte. De nouveau, il n'y a pas de frontière spécifique, mais les fréquences micro-ondes sont généralement considérées comme celles situées au-dessus de quelques GHz. À des fréquences encore plus hautes, vers 100 GHz, on utilise souvent le terme d'ondes millimétriques. Quelle que soit l'approche d'un organisme d'étalonnage concernant la division des fréquences, il y a beaucoup d'éléments communs.

En quoi l'étalonnage RF et micro-ondes et l'étalonnage DC/LF diffèrent-ils ?

La principale différence tient dans le fait que les équipements et systèmes FR et micro-ondes utilisent des lignes de transmission qui leur correspondent pour l'interconnexion (câbles coaxiaux ou guides d'ondes à des plus hautes fréquences).

Quels sont les paramètres mesurés dans l'étalonnage RF ?

Deux paramètres essentiels sont la puissance RF et une mesure de la qualité d'adaptation ou de livraison d'une source à une charge. La qualité d'adaptation à l'impédance caractéristique de la ligne de transmission s'exprime typiquement avec des termes tels que le rapport d'ondes stationnaires (ROS), le coefficient de réflexion et les paramètres S, etc.

Les erreurs de désadaptation sont des éléments importants de l'incertitude de mesure dans l'étalonnage RF. Elles proviennent des adaptations d'entrée et de sortie des équipements ainsi que des câbles et connecteurs utilisés pour interconnecter ces équipements. Pour minimiser ces sources d'erreur et d'incertitude, il est essentiel d'utiliser des connecteurs et câbles de métrologie de haute qualité, et de les traiter avec soin.

Nombre d'autres paramètres et caractéristiques sont mesurés lors de l'étalonnage d'équipements de test RF et micro-ondes, bien trop nombreux (et souvent spécifiques aux instruments) pour être discutés ici.

Comment effectue-t-on traditionnellement un étalonnage RF ?

À la différence de l'étalonnage DC/LF, pour lequel il existe de nombreux étalonneurs spécialisés, il n'y a pratiquement pas d'étalonneurs spécialement conçus pour l'étalonnage RF et micro-ondes (à part les sources de référence RF Fluke 9640A). Pour étalonner une charge RF et micro-ondes, il est nécessaire de collecter une série d'équipements de test différents pour fournir les fonctionnalités et performances requises.

L'équipement peut être assemblé comme un système dédié à un type particulier d'instrument, comme un système capable d'étalonner de nombreux types d'instruments, ou simplement rassemblé à partir du matériel de laboratoire en vue d'une tâche d'étalonnage spécifique et dispersé une fois cette tâche terminée.

Vu le grand nombre d'instruments impliqués, de nombreuses préparations différentes sont nécessaires pour établir les connexions avec l'unité ou l'appareil sous essai. Commutation et multiplexage ne sont pas possibles en raison des erreurs de mesure et des éléments d'incertitude qui seraient introduits par la commutation, en particulier aux plus hautes fréquences.

Le processus d'étalonnage peut se faire manuellement ou il peut être automatisé à l'aide de logiciels pour maîtriser les instruments du système et l'élément à étalonner. Des étalonnages RF et micro-ondes entièrement automatisés sont rares en raison de la difficulté d'automatiser la commutation des signaux sans dégrader la qualité de mesure.

Les systèmes automatisés traditionnels ont besoin d'une intervention fréquente de l'utilisateur pour changer les interconnexions. Par conséquent, les possibilités d'erreurs sont nombreuses et il faut un personnel hautement qualifié. Le temps précieux des opérateurs est souvent gaspillé dans l'attente du prochain changement de configuration.

Quels types d'instruments trouve-t-on généralement dans un système d'étalonnage RF et micro-ondes ?

Les instruments généralement employés dans un système traditionnel comprennent : générateurs de signaux, générateur de niveau, générateur de fonction, mesureurs de puissance, récepteur de mesure, analyseur de spectre, compteurs RF et micro-ondes, analyseur de réseau, analyseur audio, oscilloscope, multimètre numérique. Aucun de ces instruments n'est spécialement conçu pour l'étalonnage ; ce sont tous des instruments de test génériques mis en oeuvre dans le système. Les générateurs de signaux ne sont pas capables de fournir les performances requises dans l'étalonnage RF. Ils doivent donc être combinés à des mesureurs de puissance et des atténuateurs à gradins étalonnés pour fournir une précision suffisante de niveau et d'atténuation. Des filtres externes sont requis lorsqu'une faible harmonique est importante, comme dans l'étalonnage d'un analyseur de spectre. Des sources de signaux à faible bruit de phase sont également requises pour l'étalonnage d'analyseurs de spectre à hautes performances.

Quelle est la charge d'un étalonnage RF et micro-ondes ?

Souvent, on retrouve comme charge d'étalonnage les mêmes instruments que ceux utilisés dans les systèmes étalonneurs. Générateurs de signaux, analyseurs de spectre, mesureurs de puissance et capteurs de puissance sont les charges les plus courantes. Millivoltmètres RF, mesureurs de niveau de signal, analyseurs de modulation, récepteurs et compteurs/minuteries figurent parmi les autres charges possibles.

Quelles sont les possibilités d'améliorer l'efficacité et de réduire les coûts ?

L'utilisation d'une source de référence RF Fluke 9640A, spécialement conçue pour l'étalonnage RF, au coeur d'un système d'étalonnage RF et micro-ondes permet de remplacer de nombreux instruments et accessoires du système par un seul. Sa combinaison unique de fonctionnalités et de performances rend la série 9640A nettement supérieure aux générateurs de signaux à usage général. Utilisés manuellement ou en combinaison avec le logiciel d'étalonnage MET/CAL, les 9640A peuvent diminuer de moitié les coûts du système, améliorer la capacité de celui-ci de 25 % et libérer jusqu'à 50 % du temps de l'opérateur du système, qui peut alors effectuer d'autres tâches à valeur ajoutée.

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Il n'y a pratiquement aucun instrument spécialement conçu comme étalonneur RF et micro-ondes (à part la série Fluke 9640A). Les procédures d'étalonnage RF et micro-ondes sont complexes, impliquant de nombreux instruments de test à usage général, accessoires, composants, câbles, adaptateurs et connecteurs. Les solutions d'étalonnage sont généralement créées par des utilisateurs développant et assemblant leurs propres systèmes. Pour automatiser leurs processus, les utilisateurs écrivent souvent leur propre logiciel ou emploient un logiciel d'automatisation de système de test disponible dans le commerce. Les organisations de plus grande taille peuvent faire appel à des intégrateurs de systèmes pour composer un système d'étalonnage. Certains fabricants d'équipements de test proposent des logiciels pour étalonner leur propres produits RF et micro-ondes, qui ne peuvent utiliser que leurs propres produits comme étalons et ne permettent pas d'étalonner d'autres charges.

Quelle solution d'étalonnage RF propose Fluke Calibration ?

L'utilisation d'une source de référence RF Fluke 9640A, spécialement conçue pour l'étalonnage RF, au coeur d'un système d'étalonnage RF et micro-ondes permet de remplacer de nombreux instruments et accessoires du système par un seul. Sa combinaison unique de fonctionnalités et de performances rend la série 9640A nettement supérieure aux générateurs de signaux à usage général. Utilisés manuellement ou en combinaison avec le logiciel d'étalonnage MET/CAL, les 9640A peuvent diminuer de moitié les coûts du système, améliorer la capacité de celui-ci de 25 % et libérer jusqu'à 50 % du temps de l'opérateur du système, qui peut alors effectuer d'autres tâches à valeur ajoutée.

Quels facteurs faut-il prendre en compte dans le choix d'une solution ?

Efficacité

Le temps et le coût pour effectuer l'étalonnage, y compris le temps total d'étalonnage, le temps d'exécution du système automatisé et le temps des opérateurs sont des facteurs essentiels pour déterminer et améliorer l'efficacité.

Dans un processus d'étalonnage RF automatisé typique, l'opérateur doit intervenir fréquemment pour changer la configuration de test. Une automatisation non surveillée peut facilement augmenter de 25 % la capacité du système d'étalonnage et libérer jusqu'à 50 % de temps de plus des opérateurs, ce qui permet au personnel d'effectuer d'autres tâches plutôt que d'attendre le prochain changement de configuration du système automatisé. Par exemple, la procédure d'étalonnage du fabricant pour étalonner l'analyseur de spectre Agilent E4407B implique 27 configurations de tests différentes.

Pour sa part, la série 9640A, utilisée avec le logiciel de gestion d'étalonnage MET/CAL Plus, réalise la majeure partie des tests requis avec une seule configuration. Seules six configurations supplémentaires sont nécessaires pour effectuer tout le processus d'étalonnage. Le temps d'étalonnage est réduit (généralement) de 4,5 à 2 heures.

Le meilleur gain d'efficacité s'obtient en combinant le 9640A avec le logiciel MET/CAL.  Par exemple, la procédure MET/CAL E4407B pour le modèle 9640A-LPNX octroie un total de 90 minutes d'autonomie sur l'ensemble de l'exécution, soit deux heures.

Diversité des charges et degré d'automatisation

La diversité des charges vise le type d'instrument et son fabricant ; le degré d'automatisation désigne la mesure dans laquelle une solution apporte une réponse à sa fonction de calibrage et permet une automatisation.

Les analyseurs de spectre sont des charges importantes pour tout laboratoire d'étalonnage RF et micro-ondes. Le 9640A offre les fonctionnalités et performances requises pour les modèles d'analyseurs de spectre de milieu de gamme et de plus faibles performances. Avec ses performances supérieures en termes de bruit de phase, le 9640A-LPNX est capable d'étalonner les analyseurs de spectre haut de gamme.

La série 9640A réalise 80 à 100 % de l'ensemble des tests requis pour les analyseurs de spectre haute fréquence et hautes performances. Pour les charges exigeant des fréquences supérieures à 4 GHz, les sources RF et micro-ondes existantes peuvent être utilisées avec la série 9640A pour les quelques points de test qui exigent une source de fréquences plus élevées.

Les caractéristiques et performances de la série 9640A en font également des outils idéaux pour étalonner d'autres charges, notamment des millivoltmètres RF, des mesureurs de niveau de signal, des analyseurs de modulation, des récepteurs et des compteurs/minuteries.

Certains logiciels d'étalonnage RF ne peuvent étalonner que des unités d'un seul fournisseur et exigent aussi que le système soit composé d'instruments de ce fournisseur. Avec sa bibliothèque croissante de procédures d'étalonnage RF disponibles, le logiciel d'étalonnage MET/CAL ne souffre pas de cette restriction.

Niveaux de compétence des opérateurs et possibilité d'erreurs

L'étalonnage RF et micro-ondes est complexe. Il peut être difficile de trouver du personnel qualifié. Le personnel possédant les connaissances et aptitudes nécessaires a beaucoup de tâches à remplir : libérer son temps pour gérer les tâches où l'utilisation de ces aptitudes apporte le plus de valeur ajoutée est un élément important dans le choix d'une solution d'étalonnage.

Compatibilité avec les étalons, l'automatisation et les processus existants

Utilisez la fonction d'étalons flexibles du logiciel MET/CAL pour automatiser les autres instruments de votre système. Cette fonctionnalité vous permet de remplacer des étalons équivalents au sein des procédures, de telle sorte que vous n'êtes pas bloqué par un modèle de référence spécifique. La prise en charge des étalons flexibles est possible pour les synthétiseurs micro-ondes classiques, comme les modèles HP8340 et HP83630, les modèles E8254 et E8257 d'Agilent, ou encore d'autres modèles de marque Anritsu et Rohde & Schwarz.

Les modèles 9640A sont conçus pour égaler, voire dépasser, les performances et les fonctionnalités des modèles HP3335A et HP8662/3A dans le système d'étalonnage. Avec l'émulation de commande GPIB HP3335A en série pour les deux modèles 9640A et l'émulation HP8662/3A en option pour le 9640A-LPNX, le remplacement de ces produits certes populaires, mais obsolètes et difficiles à entretenir, s'effectue désormais comme une simple substitution prête à l'emploi. L'émulation de commande GPIB HP8662/3A est installée sur le 9640A-LPNX sous la forme d'une licence temporaire d'essai avant l'achat, afin de tester la compatibilité de manière facile et rapide.

Simplicité et coûts indirects

Les systèmes comportant de nombreux instruments sont complexes et coûteux en assistance et entretien. La réduction du nombre d'instruments grâce au 9640A apporte de nombreux avantages. La métrologie est nettement plus simple, avec moins de sources d'erreur et moins de facteurs d'incertitude. Les coûts de prise en charge du système sont moins élevés car il y a moins d'instruments à étalonner et à entretenir.

Portabilité sur site

Un système compact, plus petit est idéal pour une utilisation sur site, car il réduit les coûts de transport et peut être amené facilement en des endroits où un plus grand système ne convient pas.

Quelles autres applications RF pourraient bénéficier d'une source de signaux avec une précision et des performances améliorées ?

De nombreuses autres applications de R&D, test de fabrication, ATE et recherche scientifique exigent de meilleures performances que celles d'un générateur de signaux générique. Avec sa combinaison unique de niveau et de précision d'atténuation, de pureté de signal et faible gigue, de résolution de fréquence, de plage dynamique et modulation de précision, la Source de référence RF 9640A offre de meilleures performances que tout autre générateur de signaux hautes performances dans ces applications.