VNA von N2PK

Hallo OM's

einige kurze Bemerkungen zu Referenzen:

Am simpelsten sind die 50 Ohm Abschlußwiderstände. Da bekommt man auf der HAM-Radio für 50 ct mit N-Anschluß. Etwas teurer sind solche mit SMA, da muß man schon 5 € hinlegen. Selbst ein 100W Chipwiderstand, als Eigenbau auf einen Kühlkörper geschraubt und einigermaßen vernünftig geschirmt, ist durchaus brauchbar. Die komerziell gefertigten gehen von einigen 100 MHz bis zu 10 GHz und der Eigenbau geht auch bis 200 MHz mit akzeptablen Werten. Der Kurzschluß stellt auch kein großes Problem dar. Einzig der Leerlauf hat so seine Tücken. Ein offenes Ende hat natürlich eine Kapazität zu seiner Umgebung und strahlen tut er auch noch. Das offene Ende sollte also auch in einem guten Schirm enden. Für 3 verschieden Widerstände habe ich Messungen mit einem ordentlichen Gerät machen lassen und die Meßwerte liegen als Tabelle bei mir vor, ich muß sie nur mal in Bilder umwandeln und mit den Photos der Teile ins Forum stellen. Zu jedem Teil sollten Meßwerte existieren, wenn man sie verwenden will, nur so sind die Werte und die Lage der Referenzebene eindeutig zu bestimmen. Auch der Goldstaub (zum Preise eines Mopeds) ist mit solchen Tabellen ausgerüstet. Mit einer ordentlichen Meßleitung, einem guten Generator und empfindlichem Detektor kann man die Daten auch selber bestimmen.
Eines sollte man sich aber vor Augen halten: Die Lebensdauer der Stecker ist endlich!!!! Bei einigen Typen ist der Grenzwert nach weniger als 20 Steckungen erreicht. Auch dehalb kommen die Normale in einem samtausgeschlagenen Ebenholzkästchen zum Kunden.
Und da sollte man beim VNA auch nicht sparen, wenn es um die Reproduzierbarkeit von Messungen geht. Second-hand-Buchsen sind da absolut ungeeignet und auch Teile zu 5€ machen nicht lange Freude.
Aber wie auch die anderen OM's schon beitrugen, der Absolutwert der Referenzen ist völlig unkritisch, man muß ihn nur kennen und er sollte sich wenig ändern.

73 Dieter, dl7udp

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Hallo OM's,
heute fand ich Zeit, mir die Kurzbeschreibung des Testprogrammes anzusehen. Hast Du, Eric, mehr Informationen dazu? Was mich etwas irritiert, ist einmal der Hinweis auf three precision resistors und dann die series resistors about 50 ohms, about 270 ohms und about 12 ohms. Gibt man die exakten Werte im Programm ein? Es könnte ja auch sein, dass die merkwürdigen Beulen und Zacken in den Kurven eben von "about" herrühren. Mein VNA ist noch nicht soweit, als dass ich Messungen machen könnte, es wird auch wohl noch einige µsec dauern, bis er fertig ist.
73 Dieter dl7udp

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Hallo VNA Bastler,
nun ist mein VNA endlich in ein Gehäuse eingezogen. Verwendung fand ein altes Routergehäuse, sehr solide und stabil gebaut und dazu auch recht flach. Die Hauptplatine sitzt in einem Schubert Weißblechgehäuse.

Schwierigkeiten hatte ich mit dem Netzteil. Im Router war ein kräftiges Schaltnetzteil enthalten, welches jedoch bedingt durch die Primärtaktung kräftige Störnadeln erzeugte, die für ein empfindliches HF-Meßgerät eher kontraproduktiv sind. Dann fand ich ein kleines 12 V Steckernetzteil, welches ein erträgliches Störspektrum absonderte.
Die 5 V Strecke habe ich mit einem 150 kHz Schaltregler realisiert. Dabei habe ich mich ein wenig an den Schaltungsvorschlag von N2PK orientiert. Die Störreste ließen sich relativ gut filtern. Eine böse Überraschung dann nach dem Einbau. Die Betriebsspannungen zeigten plötzlich kräftige Störungen aus dem 12 V Netzteil. Vermutliche Ursache könnte ein zu starkes Magnetfeld des Netzübertragers gewesen sein.
Daraufhin habe ich das Konzept verworfen und fand bei Reichelt eine geeigneten Flachtrafo mit 2 x 12 V. Auf der 12 V Seite werden nur 50 mA benötigt, die ein 78L12 liefert. Die andere 12 V Wicklung speist den Schaltregler, welcher dann recht saubere 5 V bei über 300 mA liefern kann. Allerdings wird die Betriebsspannung immer noch von einem Signal überlagert: Auf dem Board sind zwei Ladungspumpen zur Erzeugung von negativen Spannungen vorhanden. Deren 18 kHz Schwingung "moduliert" mir die Spannungen, was sich selbst mit ausgesuchten ESR Elkos nicht ganz vermeiden läßt. Ich hoffe, daß dieser Effekt nicht weiter stört.

Paul hat ja ein weiteres schönes Tool zur Überprüfung der Performance von DDS und Detektor bereitgestellt. Eric hat ja hier bereits davon geschwärmt. Damit werde ich demnächst weitere Untersuchungen an dem VNA durchführen - ich bin selbst schon sehr auf die Ergebnisse gespannt!

Die Frontplatte, die Rückseite und der Deckel des Weißblechgehäuses sind übrigens mit selbstklebender weißer Folie veredelt. Diese Folie kann unter anderem bei Reichelt bezogen werden, klebt ausgezeichnet auf glatten Flächen und wird einfach mit einem Laserdrucker beschriftet. Sie ist recht strapazierfähig und resistent gegen Feuchtigkeit.

vy 73 de Dietmar, DL2BZE

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Hallo Return-Loss & VNA Friends,

Endlich ist es soweit, ich hoffe mit den Messungen kann ich mich nun sehen lassen. Mit dem vom Paul, N2PK bereitgestellten Testtool (Eric hat davon berichtet, s. o.) habe ich vorgestern auf die Schnelle meinen VNA überprüfen wollen. Prinzipiell funktionierte er ja, aber nun sollte auch eine endgültige Überprüfung in dem neuen Gehäuse erfolgen.

Die Ergebnisse waren jedoch grausam! Mit einem weiteren Tool, welches Ivan, VE3IVM, bereitstellt, kam die Ernüchterung.
Sein Programm dient zur Visualisierung der Meßdaten aus dem N2PK Programm und gestattet sowohl lin als auch log Skalierung. Sehr schön und einfach zu bedienen.
Besonders die Anpassungsmessungen, die getrennt nach Ausgangsanpassung des RF-Generators und der Eingangsanpassung der Detektoren erfolgt, zeigten grobe Abweichungen von Paul seinen Musterkurven.

Richtige Aufbaufehler innerhalb meines VNA's fand ich eigentlich nicht, aber der Meßaufbau - qick & dirty das rächt sich!
Was waren meine "Fehler" bei der ersten Anwendung von Paul's Testtool:

1. Verschiedene Kabel verwendet (igitt, weiß man doch, Phasenfehler ohne Ende!)
2. Der 47 Ohm R einfach in die Buchsen reingesteckt, mit den langen Drähten dran, ohne Meßkabel (nochmal igitt, sowas macht man doch nicht!)
3. Anstelle des Spannungsteilers 220 / 12 Ohm habe ich ein Dämpfungsglied genommen, das kann Pauls Tool ja nun beim besten Willen nicht wissen! Zusätzlich andere Kabel und Adapter dazwischen, pfui Deibel!
4. Open habe ich hoffentlich richtig gemessen

Das sind auch die vier Meßdurchläufe: Zuerst erkennt das Programm die Anzahl der Detektoren, einer ist auszuwählen. Dann erfolgt nach entsprechenden Anweisungen eine Open-Messung, (Detektor offen) danach die sogenannte Thru (Durchgangs-Messung direkt zum Detektor). Im Dritten Meßabschnitt wird ein bekannter R (etwa 47 Ohm) zwischen RF-Ausgang und Detektor-Eingang eingeschleift. Zum Schluß folgt die Zwischenschaltung eines Spannungsteilers.

Man sollte sich doch recht genau an die in dem Programm vom Paul gemachten Hinweise halten. Daher habe ich mir für die erneute Messung aus SMA-Buchsen kleine Testtools gebaut:
Anbei sind Bilder von meinen Testbuchsen: Einmal als Thru (Durchgang), einmal mit 47 Ohm in Serie und zum dritten mit dem Spannungsteiler 220 / 12 Ohm. Das Programm fragt die exakten Werte ab und rechnet intern damit. Nur so kann Paul sozusagen "Rückwärts" anhand der Eigenmessungen auf fast alle Parameter zurückschließen. Selbst die Verläufe der Imaginäranteile wird ausgerechnet, Wirklich toll was er da bereitgestellt hat! Die Buchsen sind mit Adernhülsen zwischen den Füßen verlötet, die R's habe ich mit der SMD-Bauform 1206 realisiert.
Es sollen alle Messungen mit den gleichen Kabeln durchgeführt werden. Das Gerät reagiert bereits auf Adapter unterschiedlicher Hersteller mit differierenden Return Loss Meßwerten, selbst bei unter 60 MHz!

Zu den neuen Ergebnissen:

Die Meßkurven, verglichen mit denen in Pauls Bibel Part I, verlaufen im groben so wie bei ihm. Auch wenn ich mit seinem Example vergleiche, es kommt schon sehr gut hin.
Andreas hat meine Meßdateien mit den Ergebnissen vom Paul in einer Grafik überlagert, Vielen Dank für die Hilfe Andreas!

Da ich ja modifizierte Tiefpässe verwendete, verläuft meine Pegelkurve gerade am Ende etwas flacher. Das war ja auch mein Ziel. Die Anpassung ist dafür, gerade am Ende, etwas schlechter, jedoch ohne Extremwerte. Damit sollte das Kalibrationsprogramm dann später keine Probleme haben. Hauptsache die Abweichungen bleiben langzeitstabil.
Die Imaginäranteile (hier nicht dargestellt) reißen nur im oberen Frequenzbereich etwas aus. Aber hier ein fehlerhaftes Teil auszumachen ist eher schwierig. Hätte man einen zweiten Networkanalyzer könnte man versuchen, hier noch etwas zu kompensieren. Es kann aber auch sein, daß der Meßaufbau zu Fehlanalysen bei Pausl "Rückberechnung" anhand ungenauer Meßwerte führt. Mein erster schlampiger Testaufbau hat das ja deutlich gezeigt.

Die beiden Detektoren zeigen eine relativ gute Übereinstimmung. Die LO Pegel hatte ich auch kontrolliert, sie haben einen ähnlichen Frequenzverlauf, wie der vom RF Ausgang, nur halt konzeptbedingt etwas weniger Pegel.

Die nächste Baustelle wird bei mir das Erstellen von Kalibrationsdateien sein, oder wenigstens möchte ich mich noch besser in Greg's Programm, EXETER, gründlicher einfuchsen. Auch die Rauschgrenze ( entspricht hier der Meßdynamik) will ich mal erkunden.

Hat eigentlich jemand von Euch mit den normalen DOS-Meßprogrammen vom Paul gearbeitet. Ich habe bisher nur seine kleinen Tools verwendet.

73 und noch nen schönen Rest vom WE de Dietmar

Hallo Eric,

Zitat

In einem früheren thread hatte ich Tom einmal gefragt " ob es realistisch ist die Formeln eines VNA-Messvorganges einmal per Taschenrechner nachzuvollziehen"

Ich dachte ich hätte diese Frage schon beantwortet. Sorry!
Natürlich kann man das nachvollziehen. Schau mal auf meine Seite zum Thema CalKits:
Link

Da findest Du ziemlich weit unten (suche nach "test program") einen FORTRAN-Quelltext zum downloaden. Dieser enthält alle meine Mathematik. Da kannst Du Deine eigenen Zahlen eingeben. Falls Du noch Fragen hast, melde Dich.

73, Thomas DG8SAQ

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Hallo Eric & VNA Interessenten,

Eric, damit Du helfen kannst habe ich selber mal etwas gesucht und folgende Stellen würde ich einem interessierten Einsteiger wärmstens empfehlen:

Eine sehr schöne Übersichtsbeschreibung zum Thema VNA (in german) findet man hier:

http://dk0te.ba-ravensburg.de/sparameter.html

Mit etwas mehr Theorie behaftet sind folgende Links:

http://wwwex.physik.uni-ulm.de…/phys_elektr/node228.html

http://www.nt.tuwien.ac.at/fil…F_Laborunterlagen_VNA.pdf

Mit etwas Geduld, einem fixen Internetanschluß und Google findet man noch vieeeeel mehr zu dem Thema.;)
Viel Spaß beim Schmökern!

73 de Dietmar, DL2BZE

Hallo VNA Freunde,

vieleicht hilft beim Spielen mit S-Parametern ein neues Feature meiner VNWA-Software:

Rechner für komplexe Zahlen und Funktionen (Dank an Simon Bucheli für die Quellen) unter Tools - Complex Calculator
Ausserdem gibts jetzt ein Autoscale Feature um schnell zu Bildern zu gelangen.
Darüber hinaus habe ich versucht, die Menuestruktur übersichtlicher zu gestalten.

Bitte um Rückmeldung ob mir das aus Nutzersicht gelungen ist.

Eric,

Du musst nicht alles aus dem Quellcode rekonstruieren. Die Grundformeln stehen in meinem CQDL-Artikel. Die zentrale Formel dabei ist die Möbiustransformation
M(s)=(a s+b)/(c s+1), wobei M das unkorrigierte Messsignal ist und s der tatsächliche Reflexionsfaktor. Beim Kalibrieren misst man mit drei bekannten (s bekannt!) Standards M und berechnet daraus a,b,c. Dazu muss man lediglich ein lineares Gleichungssystem lösen. Kennt man a,b,c so kann man rückwärts aus einem gemessenen M wieder das unbekannte s berechnen. Dazu muss man obige Möbiustransformation nur nach s auflösen. Das gibt übrigens wieder eine Möbiustransformation. Dies ist die einfachste Darstellung der Kalibration, die es gibt. Man kann die Kalibration auch mit Impedanzen oder Admittanzen darstellen, dann wirds aber unübersichtlich.

73, Thomas DG8SAQ

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Hallo Messknechte und jene die es werden möchten,

Heute bin ich mal dazu gekommen, mit dem Transmissions-Programm (wenn man so will dem Wobbelprogramm) vom Paul zu experimentieren. Es ist zwar ein DOS Programm, der Paul hat aber fast alles ausgereizt, was man unter DOS so anstellen kann.

Er ist derzeit dabei, das Programm noch einmal gründlich zu verbessern, da darf man wirklich gespannt sein. Gerade das Problem der Kalibrationsstabilität möchte er noch entscheidend verbessern.

Im Anhang habe ich mal das Ergebnis zweier vergleichender Messungen an einem selbstgebauten versteilerten 12 MHz Tiefpass als "DUT" (Device under Test, oder einfach Testobjekt) eingefügt.

Die erste Messung erfolgte mit dem DOS Programm vom Paul. Es stellt zwar im DOS-Vollbildmodus die Messung grafisch bereit, aber so eine Grafik zu exportieren ist zwar prinzipiell möglich, leider jedoch etwas sperrig. Er hat aber extra eine Speicherfunktion implementiert, die Daten werden in einem File, welches man sogar mit einer Kommentierung versehen kann, abgelegt. Diese File kann dann recht komfortabel in dem weiter oben erwähnten Tool von VE3IVM unter Windows betrachtet und weiterverarbeitet werden. Auch das VNWA-Programm vom Tom kann diese Dateien sehr schön darstellen!
Eine VNA Messung ermöglicht unter anderem auch den Phasenverlauf einer Schaltung darzustellen. Man sieht dann sofort, an welchen Stellen die Schaltung reelle Impedanzen hat.

Die andere Messung erfolgte mit einem Trackinggenerator und einem Spectrumanalyzer als Anzeige. Erfreulich: Fast genau die gleiche Kurve, so soll es sein, da freut sich das Messtechnikerherz!

Wir hatten ziemlich zu Beginn dieses Threads das Thema Modifikation der DDS-Filter diskutiert. Als weitere Anlage mal der Signalverlauf am RF Ausgang meines VNA, aufgenommen mit der "maxHold" Funktion eines SA. Den VNA-DDS habe ich fortlaufend über seinen vollen Bereich (bis 60 MHz) wobbeln lassen und den SA über 30 Minuten die Signalamplituden bis 200 MHz aufzeichnen lassen. Dabei wurde wegen der Speicherung des größten Meßwertes so nach und nach eine Art Hüllkurve erstellt, die uns die Signalverteilung gemittelt darstellt. Man erkennt bis 60 MHz das eigentliche RF-Signal. Der Amplitudenabfall ist durch den DDS und dessen nachgeschalteten TP bedingt. Er stört bei den Messungen mit dem VNA nicht so sehr, da der Amplitudenabfall durch eine Kalibrationsmessung ja der VNA Software bekannt ist. Man verliert schlimmstenfalls etwas an Meßdynamik - das nur nebenbei.

Zurück zur Betrachtung des Ausgangsspectrums:
Oberhalb der 60 MHz sind Signalreste zu erkennen, die durch den DDS-TP leider nicht gänzlich unterdrückt werden. Ab etwa 87 MHz sind ebenfalls Signalreste sichtbar. In beiden Fällen handelt es sich um die sogenannten Aliasing- bzw Antialiasing Signale, die durch die + und - Mischung der halben Taktfrequenz mit dem jeweils eingestellten Ausgangssignal des DDS entstehen.
Das dürfte jedoch nicht sehr dramatisch sein, das aufgezeichnetet Spektrum tritt ja nicht gleichzeitig auf. Dennoch werden ich demnächst das vom Dieter hier vorgeschlagene Experiment, nämlich einen 60 MHz HP zu vermessen, durchführen. Dann werde ich hoffentlich erkennen, ob die ungenügend unterdrückten Aliasingsignale wirklich störend sind.

einen schönen Start in die neue Woche
73 de Dietmar, DL2BZE

Hallo OM's
nur eine kurze Bemerkung zum Aliastest. Wenn der eingebaute TP im VNA z.B. 50 dB im Sperrbereich macht, dann sollte der Test-HP wenigstens auch 50 dB im Sperrbereich haben. Der Alias würde durch den TP um diese 50 dB gedämpft, durch den HP aber wieder um diese 50 dB angehoben, wäre also genauso stark wie die eigentliche Nutzfrequenz. Wo die Grenzfrequenz genau liegt, ist dabei ziemlich unerheblich. Der Durchlaßbereich des HP darf sogar heftig wellig sein, diese Wellen würden dann durch die Aliasfrequenz dargestellt. Man könnte aber auch noch eine zusätzliche, schmale Absorption in den Durchlaßbereich legen, die wäre dann auch zu sehen, obwohl man "nur" vo 0 - 60 MHz scannt. Bei ca. 156 MHz Takt läuft dann der Spiegel von 156 bis 96 MHz runter, in diesem Bereich sollte also die Zusatzbsorption liegen. Ist die Dämpfung im Sperrbereich des VNA-Filters besser als die 50 dB, dann erscheint das Aliassignal eben auch schwächer.
73 Dieter, dl7udp

Hallo VNA'ler,

heute will ich einmal meine erste praktische Messung vorstellen.
Bei dem Messobjekt handelt es sich um einen Antennenumschalter 2xTRX auf 6 Antennen.

1. Optimierung der Durchgangsdämpfung

Wir haben mit verschiedenen Luftspulen experimentiert und den letzten Schritt zeigt die
Datei Anpassung.pdf: untere Kurve Luftspule mir 3 Windungen, D=15mm L=15mm, obere Kurve Luftspule 2 Windungen, D=15mm, L= 8mm. Die Spule wurde zwischen PL-Buchse und Relaisplatine verbaut.

2. Messung der Durchgangsdämpfung für die einzelnen Pfade:

TX1 -> A1-A6: SW1_TX1_ADB.pdf
TX2 -> A1-A6: SW1_TX2_ADB.pdf
Vergleich der Symmetrie: TX1TX2.pdf

3. Messung des Crosstalk
Beide Antennanschlüsse werden mit 50 OHm Dummyloads abgeschlossen (SWR< 1:1.1)
Crosstalk.pdf

Fotos von den Arbeiten werde ich am Wochenende nachreichen.
Alle Messungen wurden mit Exeter über die USB-Schnittstelle gemacht.

73 de Klaus
DH6DAZ