VNA von N2PK

Mein N2PK-VNA ist auch gerade fertig geworden. Ich hab den auch auf einer eigenen Platine gebaut (Durchkontaktierungen alle mit Litzendrähtchen, uff). Allerdings hab ich mit größeren Unterbrechungen länger als ein Jahr damit zugebracht.

Ich habe auch versucht, mit "europäisch-üblichen" Bauteilen auszukommen, hab aber letzlich doch etwas mehr als du aus den Staaten bezogen (dank den OMs in der Yahoo-Gruppe). Da wirklich viel Zeit mit dem Bauteilcheck verbunden war, würde ich das jetzt nicht mehr machen, sondern einfach eine Digikey-Bestellung reindrücken. Aber hey, jetzt ist das auch ab 150 EUR versandkostenfrei, vor einem Jahr wollten sie noch 35EUR plus Steuer haben.

Mein VNA lief nicht ganz auf Anhieb, woran zwei triviale Fehler Schuld waren:

1. Meine 5V-Spannung waren nur etwa 4.75 (wegen des Spannungsabfall über der zu knapp bemessenen Sicherung!!!). Dadurch schien zwar alles zu laufen, aber der eine DDS hat wohl die Phasenumschaltung nicht richtig gemacht. DAS muss man erst mal erahnen.

und 2. hab ich beim fliegenden Umbau auf den "Fast-Detektor" also auf dem LTC2440 statt dem LTC2410 zwei kleine Kondensatörchen auf dem Eingang vergessen. Der 2440er erzeugt auf seinem Messeingang mit dem Oszi gut sichtbare Impulse, die die Messung ziemlich stören können. Mit den Kondensatoren waren sie weg und die Messung sauber.

Sonst lief es ganz gut und ich bin auch von dem Teil hell begeistert. (Exceter ist als Software ganz brauchbar, aber IMHO doch gewöhnungsbedürftig.)

Ich hab jetzt auch noch den USB-Adapter dazu gebaut (auch auf einer homemade LP). Der läuft auch ganz gut und kann den Parallelport zumindest mit den Windoofs-Programmen ohne Nachteil ersetzen.

Und ja, über 50 MHz interessiert mich an für sich wenig. Da stört mich das (sich eigentlich ja wegkallibrierende) Tiefpassverhalten weniger.

Die DDS-Schaltkreise werden wirklich verdammt heiss und die Wärme scheint den Detektor durch dessen wandernden Offset zu stören. Aber auch hier gilt: ob das wirklich stört, hängt von der Messaufgabe ab. (Man kann das Teil zur Not warmlaufen lassen und dann erst Kalibrieren). Im Funkamateur war mal ein Stand-Alone VNA mit Graphikdisplay vorgestellt, bei dem das Offset Problem durch zwei weitere Messungen mit 180 und 270 Grad Phasenlage gelöst wurde. Das geht ja prinzipiell mit dem N2PK-VNA auch und müsste nur in die Software rein.

Na dann, happy Vector Analyzing

73 Ralf

Hallo Andreas und die VNA-Fangemeinde,

das ist ja sehr schön zu erfahren, dass sich auch hier aus dem Forum einige an das VNA-Projekt von N2PK gewagt haben. Ihr seid nicht alleine –ich habe auch einen gebaut!

Hier mein Erfahrungsbericht:

Vor fast zwei Jahren gab mir Michael, OE1MIS, folgenden Link:

http://n2pk.com/

Diese und die weiterführenden Seiten habe mich so gefesselt, dass ich Stunden mit dieser Lektüre verbracht habe! Das Ist es! Ein richtiger Netzwerkanalysator – zwar nur bis 60 MHz konzipiert, aber seinen teuren Brüdern von HP usw. in Punkto Genauigkeit durchaus ebenbürtig. Ein Blick auf die Schaltungen: sehr überschaubar, also müsste machbar sein! Auch die Messdynamik von über 110 dB – verblüffend!
Ein weiterer Blick, was werden dort für Bauelemente gebraucht? Da setzte dann doch etwas Ernüchterung ein, vieles davon ist bei unseren einschlägigen Bekannten nicht im Sortiment

Michael gab mir jedoch noch folgenden Link:

http://www.makarov.ca/vna.htm

„PCB kits availability“ stand dort. Super! Das ist doch schon mal eine schöne Grundlage. Der Ivan, VE3IVM, hat hier eine tolle Arbeit geleistet und nach der Vorlage von N2PK ein komplett neues Board mit gleich zwei Detektoren entwickelt. Auf seinen Internetseiten findet man Unmengen von Aufbauhinweisen, Bildern, Messergebnissen, Zusatzprogrammen und Verbesserungen. Wirklich grandios, das war für mich der Startschuss.
Der Mailkontakt mit Preisanfragen und Versandbedingungen verlief mustergültig! Ich habe damals (06/2006) per payPal 74$ (zu der Zeit knapp 60 EURO) überwiesen und innerhalb der gleichen Woche waren die Boards per Luftpost bei mir. Neben der großen Grundplatine lieferte er noch zwei kleine Platinen für Messbrücken. Alles in extrem guter Qualität, doppelseitig, verzinnt, mit Lötstopmaske und Bestückungsaufdruck.
Als schöne Hilfe bei der Bauteilsammlung und der Bestückung erwies sich seine BOM (Bill of Material). Diese Liste ist allerdings auf amerikanische Bastler zugeschnitten, es sind hauptsächlich die Bestellangaben von DigiKey aufgeführt. So wie Andreas und Ralf schon andeuteten, hier sind ein wenig Bauteilekenntnisse sowie Improvisations- und Organisationstalent gefragt. „It is a hard Job!“ würden die Ammis sagen, aber nichts ist unmöglich!
Zunächst gib es da ein Yahoo-Forum zum N2PK-VNA:

http://groups.yahoo.com/group/N2PK-VNA/

„Hier werden Sie geholfen!“
Für Spezielle Teile, wie den die Messqualität maßgeblich mitbestimmenden MO (rauscharmer Masteroszillator) oder die Übertrager von MiniCircuits werden gelegentlich Sammelbestellungen initiiert. Das klappt wirklich gut. Meinen Oszillator habe ich von Eugene, AE2F für 50$ bekommen. Seine Sammelbestellungen lesen sich wie ein internationales Callbook. Das macht dann schon Spaß, zu merken, man ist als Funkamateur mit seinem „Messtechnikfimmel“ nicht alleine auf dieser Welt! Schönes Gefühl!
Die Anmeldung an die Yahoo-Group ist kostenlos und verpflichtet zu nichts. Es lohnt sich aber schon alleine der schönen Bildergallerie wegen. In der kann man die gebauten Exemplare vieler Gleichgesinnter sehen und bewundern. Es sind wirklich etliche kleine Meisterwerke dabei, schön anzusehen und inspirierend!

Einige der IC’s habe ich mir direkt von den Herstellern „schenken“ lassen. So kann man bei LT oder Analog-Divices pro Type je zwei Stück als Sample ordern – einfach per Mausklick – Lieferung innerhalb einer Woche.
Eine weitere Quelle sind Sammelbestellungen. So lief im vorigen über unsere alte Liste eine Bestellung bei DigiKey – gemeinsam sind wir (finanz)stark. Ich brauchte nur Kleinkram und wäre nie über deren Mindestbestellmenge gekommen.
Zwar werden in dem Yahoo-Forum größtenteils Beschaffungsprobleme geklärt, aber es sind dort auch einige richtig topp fitte Leute die mit Rat und Tat schnell helfen. Selbst der Meister persönlich, der Paul, N2PK, ist unermüdlich, selbst triviale Fragen zu erläutern.

Eine Warnung sei allerdings gegeben: Hier werden hauptsächlich die SMD-Bauteile der Größe 0805 benutzt – also nicht unbedingt ein Einsteigerprojekt. Mit viel Licht, optischen Hilfsmitteln wie einer guten Arbeitsplatzlupe und den richtigen Lötutensilien ist es jedoch zu schaffen.

Noch einige Bemerkungen zur Software:
So wie Andreas benutze auch ich die unter Windows laufende Software vom Greg, W8WWV.
Auf seiner Homepage ist auch ein ausgezeichneter Bericht zu seinem VNA zu lesen

http://www.seed-solutions.com/…ntation/N2PKVNA/MyVNA.htm

Er hat auch sehr nützliche Tools bereitgestellt, die die Inbetriebnahme oder eine Fehlersuche sehr erleichtern.
Auch vom Paul wird Software bereitgestellt, die sowohl unter DOS, als auch unter Windows funktioniert. Seine Inbetriebnahmetools sind praxisgerecht und helfen bei der schrittweisen Funktionskontrolle der einzelnen Baugruppen. Ich verwende einen alten Schleppi, 400 MHz, aber eben noch mit einem Parralleport und XP als OS. Für die neueren Windowsversionen wird allerdings ein Treiber benötigt, um die Schnittstelle direkt ansprechen zu können. Der Greg hat das ganz gut beschrieben.

Mein eigener VNA ist allerdings noch nicht ganz fertig. Er hat noch kein metallenes Zuhause und bekommt seinen Strom nur mal immer zum Testen provisorisch aus zwei Labornetzteilen.
Doch bereits die Inbetriebnahmephase hat mich ein wenig VNA-süchtig gemacht. Wenn man erst mal angefangen hat, möchte man nicht mehr aufhören.
G6JNA hat es mal in dem VNA-Forum treffend so formuliert:
“Looking forward to doing some transmission
testing tonight. 12 hours on and I can't stop smiling”

Ich hoffe, meine Begeisterung für den VNA kam durch den Bericht etwas rüber. Wer Fragen zu dem Projekt hat, hier, nur keine Scheu. Wenn jemand mit dem VNA-Bau noch zauderte, ich hoffe mein Bericht machte etwas Mut doch damit anzufangen. Es lohnt sich und macht Spaß!
Wenn noch Fragen offen sind, auch „hier können Sie geholfen werden!“ =)
Und wenn man hier noch Mitstreiter finden kann, um so besser wird der Erfahrungsaustausch, denn auf den ist man teilweise angewiesen!

Schönen Dank daher an Andreas und Ralf für Eure Berichte!

73 de Dietmar, DL2BZE

--gelöscht--

Da kommt ja richtig Leben in das Forum! Viele Grüße an alle VNA-Bauer.

Nach den Bemerkungen vom Andreas über den Frequenzgang hab ich nochmal kurz das DDS-Ausgangsfilter überschlagen: Es hat wirklich rechnerisch schon eine Grenzfrequenz von 50MHz.

Da wird mir auch einiges klar. Ich hab neulich ein paar Kondensatoren durchgemessen und festgestellt, dass diese bei knapp 60 MHz "etwas hochohmiger" werden. Auf den ersten Blick sieht es so aus, als ob sich da die Eigenresonanz anzudeuten beginnt. Aber wahrscheinlich ist dafür nur das Wegdriften des Eichwertes durch die Filter verantwortlich. In der Nähe der Grenzfrequenz ist das ja immer problematisch, kleine Änderungen führen da zuweilen zu deutlichen (Phasen-)unterschieden.

Fazit: Man sollte den maximalen Messbereich nur kritisch ausnutzen.

***

Schmalbandige Frequenzerweiterungen (namentlich Transverter für das 2m und 70cm Band) sind quasi schon Arbeit. Paul N2PK hat sowas im fliegenden Aufbau ausprobiert (wem es interessiert, ich hab davon die Unterlagen) und Ivan, VE3IVM, hat das jetzt in bewährter Weise in quasiindustrieller Qualität umgesetzt.

http://www.makarov.ca/vna_transverter.htm

Ich hab vor ca. 2 Monaten mein Interesse an einer oder zwei Leiterplatten und den Spezialbauteilen bekundet, aber dann noch nichts wieder davon gehört.

Die Leiterplatten könnte man ja selbst machen, aber die verwendeten Spezialteile (Minicircuit usw.) arten wieder in eine Bestellorgie aus. Vielleicht finden sich hier ein paar Mitbesteller? (Ich hätte es aber noch nicht eilig damit, zu viele andere Projekte auf dem Stack)

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Andere VNAs: Im OV haben wir mal den MiniVNA von WiMo vorgestellt und ausprobiert. Das Teil ist ja extrem handlich und die Messung geht fix vonstatten.

Allerdings: ist der Dynamikbereich deutlich kleiner, die Messgenauigkeit sinkt deutlich bei größeren Abweichungen von den nominellen 50Ohm (es wurde in der N2PK-Yahoo-Liste mal ein Vergleich gepostet) und Selektivität ist praktisch nicht vorhanden. Aber die anderen OMs im OV fanden das alles schlichtweg nicht schlimm. Was zählte war die Handlichkeit und die Verfügbarkeit zum recht kleinen Preis (ca. 270 EUR, ich schätze mal allein die Bauteile meines N2PK-VNA in der Sparvariante mit selbstgemachtem PCB kamen auf jeden Fall über 150 EUR).

Happy analyzing an alle VNA-Freaks

Ralf

Hallo VNA Gemeinde,

das ist ja toll, gut zu wissen, dass es hier im Forum mehrere VNA Anwender gibt!

Den Frequenzabfall oberhalb 50 MHz habe ich auch bei mir feststellen können. Meine Kurven sahen ähnlich denen von Andreas und Eric aus. Eine nachträgliche Simulation mit RFSim zeigte das auch ganz deutlich. Nun hat ja der DDS seinerseits auch noch einen leichten Frequenzgang. Somit steht dem Mischer weniger auswertbares Signal zur Verfügung, was der ADC mit seinen 24 Bit auch nicht mehr wettmachen kann. Hinzu kommt, dass die Mischverstärkung der MC1496 auch etwas frequenzabhängig ist.

http://pdf1.alldatasheet.com/d…/12005/ONSEMI/MC1496.html

Zudem sind die Filter für LO und RF auch noch unterschiedlich dimensioniert und ich habe mich gefragt warum?
Man kann sicher davon ausgehen, dass der Konstrukteur sich auch darum seine Gedanken gemacht hat. Paul hat in seiner ausführlichen Dokumentation erwähnt, hier einen Kompromiss zwischen Grenzfrequenz (ideal soll einr steiler Knick bei 60 MHz einsetzen) und einem Dämpfungspol zur Unterdrückung der halben Taktfrequenz bzw. zur Versteilerung des Filters gewählt zu haben. (Wenn ich das so richtig verstanden habe)
Nun ist man als selber als experimentierfreudiger Nachbauer geneigt, alles was man in die Finger bekommt „verschlimmbessern“ zu wollen. Ich bin zumindest so veranlagt

Folgende Überlegung habe ich daher einmal angestellt:
Der VNA arbeitet doch nach dem Direktmischerprinzip. Die Bandbreite der DC-ZF (kann man das eigentlich so nennen?) beträgt je nach Umsetzgeschwindigkeit des ADC’s nur wenige kHz. Was passiert also, wenn das Filter in seiner Grenzfrequenz auf min. 60 MHz gelegt wird? Klar, die Sperrwirkung setzt dann erst bei höheren Frequenzen ein, man handelt sich etwas mehr Probleme mit den Alias-Frequenzen und den Oberwellen des DDS ein. Das ist sehr schön in dem Tutorial auf der Seite 32 ff. zu sehen:

http://www.analog.com/Uploaded…S_Tutorial_rev12-2-99.pdf

Der Rest ist aber auch sehr lehrreich!

Im unteren Bereich habe ich doch ohnehin Antialiasing Signale, die teilweise nur um die -40 dBc unter dem Nutzsignal liegen. Das kann man bei der Zeitrafferaufnahme vom Andreas sehr schön erkennen. Aber stören die denn in unserer Anwendung wirklich? Ich würde sogar noch einen Schritt weiter gehen wollen, und auf die Filterei ganz verzichtet, da ein Filter neben dem Amplitudengang auch Phasen- und Laufzeitprobleme mit sich bringt.
Ja, ja, ich höre förmlich den Aufschrei, das könne man doch nicht machen, was für viele andere Anwendungen wie in einem RX zweifelsfrei zutrifft. Bei unserem VNA werden zwar durch den Kalibrationsprozess die Grundfehler rausgerechnet, doch je mehr Bauteile in solch einer Kette liegen, um so mehr können hier Störeinflüsse, wie beispielsweise das Temperaturverhalten der L und C Komponenten, unsere Messwerte trotz der Kalibrierung beeinflussen.

Möglicherweise bin ich hier auch einem Denkfehler verfallen, mich würde daher brennend das Für und das Wieder bezüglich dieser Idee interessieren!

Erich und Ralf haben das Thema andere VNA-Varianten angeschnitten. Jedes Modell hat da so seine Vor- und Nachteile – sicherlich unbestritten. Was mir an dem N2PK-VNA besonders gefällt ist, dass er eine recht hohe Genauigkeit besitz und selber gebaut werden (darf) kann. Die Materialbeschaffung war zugegebenermaßen das Hauptproblem. Das Erfolgserlebnis bei der Inbetriebnahme hätte man aber nicht kaufen können!

Einige der VNA verfolgen allerdings ganz andere Ansätze: Entweder hauptsächlich für den Antennenbau konzipiert oder für orientierende Messungen, dafür aber mit großem Frequenzbereich. Die Messverfahren sind oft ähnlich und den Kern der Geräte bildet meistens ein DDS. Wer aus diesem Sektor hier Erfahrungen beisteuern kann sei an dieser Stelle gerne dazu eingeladen.

Von den Frequenzerweiterungen habe ich gelesen. Die Konstruktion vom Ivan, VE3IVM, ist sehr professionell ausgeführt und prinzipiell auch auf andere Frequenzbereiche übertragbar. Allerdings finde ich persönlich den Aufwand im Verhältnis zur Bandbreite recht hoch.

73 , gut analyzing wie Ralf so schön sagt, und ein erfolgreiches Bastelwochenende de Dietmar, DL2BZE

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Hallo Andreas und Networker,

das ist das Tolle hier am Forum, man hat eine Idee, glaubt sie sei sogar gut, und dann…?(
kommt jemand und hilft einem die Scheuklappen loszuwerden.

Da hatte ich doch immer die Spektrogramme vor den Augen, wie sich beim Wobbeln so die Ausgangsfrequenz in die eine Richtung bewegt und die Aliassignale wie von Geisterhand gesteuert entgegengesetzt bewegten, aber immer nur einen kleinen Ausschnitt betrachtet.
Dabei waren meine Tiefpässe auch noch angeschlossen und es sah so aus, als ob die Aliassignale gegenüber dem Hauptsignal recht klein sind. Zur gleichen Zeit erzeugt ja der zweite DDS das gleiche Signal, und so wie Andreas schrieb, auch das wird zur DC-ZF gemischt.

Da fiel der Groschen – danke Andreas!=)

Bitte meine Idee markieren und „Strg + Del“ drücken.

Filter muss also auch unbedingt beim VNA sein!!!

Noch ein schönes Wochenende in die Runde

73 de Dietmar, DL2BZE

Hallo VNA'ler,

eigentlich steht ja alles geschrieben
So auch zum Filter. Der Pault, N2PK, hat sehr umfangreich jeden Aspekt seines VNA erläutert. Es ist allerdings so viel, daß man am Ende nicht mehr weiß, was man am Anfang gelesen hat.
Darum habe ich mir seine Beschreibung nochmal angesehen und bin im Teil 2 der Beschreibungen auf Seite 10 auf einen Hinweis gestoßen, den ich glatt vergessen hatte und selber bei meiner Platine nicht berücksichtigt habe:

Der LTC2440 unterscheidet ein 60 und 50 Hz Umfeld, man muß es ihm nur über Pin 14 durch ein H Signal (über 1KOhm) mitteilen. Das habe ich selber noch nicht gemacht. Hat jemand von Euch ausprobiert, wie sich das auswirkt? Vermutlich dürften die vom LTC umgesetzten Meßwerte wesentlich weniger "zappeln".

In meinem Tischmultimeter ist für soetwas extra ein Jumper vorgesehen.

Die Änderung möchte ich auf jeden Fall machen, es muß allerdings ein Massepin getrennt werden, ausgerechnet an einem 16 Pin SSOP Package

Vorher wollte ich gerne wissen, ob da ein spürbarer Effekt zu erwarten ist.

73 de Dietmar & einen schönen 1. Advent, DL2BZE

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Hallo VNA Freunde,

der Hinweis mit der 50/60 Hz Umschaltung bezieht sich auf den LTC2410 und nicht auf den LTC2440! Da habe ich mich vertan - sri
Es scheint es so zu sein, daß der LTC2440 in seiner langsamsten Umsetzrate abwechselnd für 50 und 60 Hz automatisch eine Rauschreduzierung bewerkstelligt. Tnx für den Hinweis Andreas. Im LTC2440 ist der Pin 14 als externer Takteingang vorgesehen. Aber ob man dadurch etwas Rauschreduktion gewinnen kann? Hat jemand damit Erfahrung? Wofür wird eine externe Taktung üblicherweise benutzt? Es wäre ja dann zusätzlich eine Syncronisation mit der Netzfrequenz denkbar.
Aber ob der Aufwand bei unserem VNA etwas entscheidendes bringt glaube ich ehrlich gesagt selbst nicht.

73 de Dietmar, DL2BZE

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Hallo Freunde des VNA,
ich bin gerade erst durch Dietmars Beitrag auf dieses Forum aufmerksam geworden und habe mich natürlich gleich angemeldet. Ich habe einige Bemerkungen zur Dimensionierung der Filter. Die sind nicht auf meinem Mist gewachsen, sondern stammen von DF3YB, der sich kommerziell mit der Dimensionierung und Fertigung von Filtern beschäftigt.
Also:
Es ist natürlich möglich, die Filter besser zu machen. Der Aufwand steigt aber schon bei gerigfügigen Verbesserungen immens. Es ist nicht das Problem, die Grenzfrequenz nach oben zu verschieben, es ist ungleich schwieriger, die Sperrdämpfung aufrecht zu erhalten, oder besser noch, zu steigern. Man muß sich darüber im Klaren sein, daß neben der Nutzfrequenz auch die Spiegel und alle weiteren Frequenzen auf die Meßgenaugigkeit (Dynamik) Einfluß haben. Wenn also die Sperrdämfung absinkt, z.B. auf -50dBc, dann kann ich keine Dynamik von 90 dB mehr erwarten und erst recht nicht darauf hoffen, daß ich tatsächlich bei der Nutzfrequenz gemessen habe. Ein, wenn auch geringer Anteil des Spiegels erreicht das DUT und die Auswertung passiert auch auf dem Spiegel und wenn dort das DUT gerade prima durchläßt, während auf der Nutzfrequenz gerade gesperrt werden sollte, ist die Messung für die Katz.
Wenn an den Filter herumgeschraubt werden soll, ist die Verwendung abgleichbarer Elemente unerläßlich und natürlich sollte dann auch die Meßtechnik dafür da sein. Dann kann man höherpolige Filter entwerfen und sehr genau abgleichen. Dann aber muß man auch noch dafür sorgen, daß der Abschlußwiderstand der Filter sehr eng toleriert bleibt, die Sperrdämfung hängt entscheidend von korrekten Abschluß des Filters ab.

Das alles hat mich ziemlich entmutigt. Mir ist die Meßgenauigkeit wichtiger, als 5 MHz mehr an der oberen Grenzfrequenz.

Wenn sich also jemand da rantraut und dann auch Meßergebnisse vorlegen kann, nicht nur dieses Forum würde das dankbar annehmen.

73 Dieter