Svenska ElektronikForumet

Har börjat experimentera med att mäta S-parametrar med en två-ports VNA. I detta fall en PocketVNA.

Har haft goda erfarenheter nu av att anpassa antenner och mäta S11 på antenner. Det verkar fungera bra.

Jag skulle vilja mäta karaktäristisk impedans på transmission line på PCBs. Man vill ju gärna att den ska vara 50 ohm. Har någon erfarenhet av hur man praktiskt ska gå till väga här?

Som jag förstått det är metoden:

1. Låt VNAn vara på ett tag så temperatur stabiliseras
2. Kalibrera VNAn med open, short, load på port 1
3. Koppla in DUT på port 1 med en 50 ohm load i andra änden av transmission line
4. Mät S11 och plotta på Smith chart

Borde resultatet på Smith chart inte då bli 50 ohm? Det blir det inte för mig. Det är väl min fråga egentligen, varför blir resultatet inte 50 ohm här? Jag som tänker fel eller är det fel på min transmission line. Troligen båda

På PCBt har jag lött fast en U.FL kontakt i ena änden av transmission line (och kopplat den till GND) och i andra ändan finns en SMA-kontakt. SMA-kontakten kopplas direkt till port 1 på VNA. På U.FL kontakten sätter jag en U.FL till SMA-sladd (50 ohm) där jag kopplar en 50 ohm load. Man kan se kopplingen så här:

50 ohm load -> sma till ufl -> ufl-kontakt -> pcb transmission line -> sma-kontakt -> VNA port 1

Hur ska jag sen tolka resultaten för att kunna förstå den karaktäristiska impedansen? Har försökt googla lite men hamnar lite vilse i resultaten, lät att det blir så när man inte vet exakt vad man ska googla efter

Har hittat denna guide som är lite mer invecklad men verkar rimlig, nåt att pröva kanske: http://www.qsl.net/va3iul/Microstrip%20 ... n_Line.htm

Att bemästra en VNA tar ett tag, vi pratar inte några timmar på en skolbänk utan år i en utvecklingslabb - gärna till en bra lön

och precis som vid inlärning av lödning så skall man helst lära sig på proffsprylar (läs HP8753E) först innan man börja köra förenklad utrustning - har man kört på proffsprylar innan så vet man var man skall titta på och kan få fram användbara resultat även med enklare prylar, att göra tvärt om är jättejobbigt av anledningen att man inte vet vad man skall kika efter.

...

Hur ser det ut när du har kalibreringsavslutaren på änden av mätkabeln - är det rakt >> 40 dB i returförlust vid skalär diagram och i stort sett en prick i mitten på smith.

Du måste kalibrera dina mätkablar först och därefter koppla in din DUT med 50 Ohms referensen som avslutare.

du kommer också uppskatta fas-stabila mätledare efter ett tag - det finns en anledning till varför mätkablar till en VNA kostar > 4000:- styck

i brist på sådan så använder du RG214-kablar med N-kontakter så mycket du kan, då de inte är så kostsamma att byta ut när kabeln och kontakterna börja bli vissna - visst de är lite stela och otympliga, men håller sig bättre än RG223 - från ändar kan man sedan har korta sträckor tunnast möjliga koaxkabel som man sedan löder in på önskad ställe i DUT eller via SMA, mcx eller mmcx.

referensplanet blir då där den kortslutna kalibreringen kortsluter och den öppna kalibreringen har sin öppning - och allt efter den punkten är impedansen som den upplever när den ser i porten på DUT - och det är sällan perfekt. - i en bättre NVA så kan du i instrumentet också flytta referenspunkten efter en kalibrering matematiskt till tex en för ändamålet tillfällig kortslutning så att man vet på delar av mm var referensplanet ligger. - ibland tillverkar man sig en kalibreringsreferens med öppen, kortis och terminering på plats och kalibrerar på plats eller på kablar med exakt lika längd som den kabeln man senare löder in på objektet - om referensen blir 1 Ohm fel för att de två små parallellkopplade 100 Ohms ytmonterande motstånden i ändan på kalibreringsändkabeln inte blev helt exakt har faktiskt inte så stor betydelse. - den öppna sladden är helt enkelt en avklippt kabel (med rätt längd) , den slutna (med samma längd) har man lött en liten kopparplatta i ända så att skärm och mittleddare verkligen sitter ihop - och alla ledare för öppen, sluten och referens samt den kabeln man sedan kopplar in DUT med till tex SMA-kontakten är exakt lika långa.

att själv tillverka nästa lika många kalibrerings don som mätpunkter man skall mäta på är närmast standard.



avviker din DUT (tex. en bit 75 Ohms-kabel) så kommer det bli en kurva/ring i din smith även om dess bortre ända är avslutad med 50 Ohm.

dvs. att du får en kvartsvågs-transformator-funktion som är missanpassad för att den bortre ändan inte har den impedansen som sig bör för matchning utan bryter ned till 50 Ohm direkt - vilket då visar en avvikande impedans på mätsidans port mot lägre värde och i början är kapacitiv. i smith kommer att utgå från punkten i mitten (lägst frekvens och svänga nedåt (blir kapacitiv) och till vänster (gå mot lägre impedans - kan du svepa tillräckligt högt i frekvens så kommer den att nå de reella linjen igen vid typ 33 Ohm och sedan kommer den att gå upp till den övre halvan (induktiva sidan) och tillslut tillbaka till mitten av smith och sveper du vidare upp i frekvens ytterligare så blir det ring efter ring på varandra. om du avslutar 75-Ohmskabeln med typ 100 Ohm avslutare så kommer ringen att flytta sig höger och lägsta impedansen kommer att gå igenom mitten på smith och är då punkten i frekvens som 75 Ohms kabeln fungerar som kvartsvågstrafo typ mot en 100 Ohm terminering för att det skall se ut som 50 Ohm i porten i DUT (om jag nu tänker rätt - börja vara rostig på detta - observera kvoterna är inte exakta utan bara tagna som exempel på skeendet med 50, 75, och 100 Ohm utan kanske är typ 120 Ohm för kvartsvågs-match 50 Ohm via 75 Ohms kabel)
---

skall man göra sådana här övning simulerbar med S-parametrar - så behöver du egentligen göra en 4-port simulering då man i en 2-ports simulering inte kan se fördröjningen en DUT gör och därmed veta i vilken punkt i tiden som DUT övergår till bortre terminatorn utan allt är sammansatt. - kan du se både S11 och S21 med din pryls så kan du i teorin smida ihop dessa parametrar till en 4-port S-parameter, men det är lite jobb och man måste läsa på lite den bakomvarande teorin - speciellt om operationerna skall göras i en excell-ark och kunna bedöma om resultatet är rimligt och ev korrigera.

i moderna NVA så kan man både embedda och dembedda bit för bit och tex eliminera en kort sträcka innan en viss sak man vill studera - tex bondtråden mellan glasförseglingen och kislet på en laserdiod - eller en pinne på en DIL-krets - jag lovar sådana detaljer märks även på 1 GHz fast det handlar om delar av 1 mm!!

genom att svepa frekvensen och se hur impedansen gungar så kan man med invers fouirer-transform få fram längden där DUT övergår till terminatorn - det kallas för FDR eller förenklat 'distans to fault' i mätinstrumet för att hantera kablar och antenner i mobilsammanhang.


---

Ett förslag är att prova med RF-simulering i en simuleringsprogram så att du får 'känsla'

har under många år använt en program som heter 'Vipec' men kanske är svårhittad idag.

simulering av den här typen har dock ett bekymmer (och det gäller inte bara vipec utan också 400000:- simulatorer)

är att inport och utport måste vara samma impedans i simuleringen - alltid - behöver du avsluta med en annan impedans på utporten och även mäta denna - använd transformator och impedansomvandla.

Detta är också en grej som man behöver åka på ett antal smällar för att veta - simulatorer räknar internt inte på effektflöden utan räknar på spänning och ström i sina ekvationer - vilket gör att om ena porten är 50 Ohm och den andra mätporten är 100 Ohm i mätningen - så stämmer det inte - mätnoderna som man skicka signal och tar emot signal i en simulering måste alltid vara lika i impedans - alltid!!

Tack för ett utförligt svar. Ja det är inte lätt det här iaf, kul med nån som har erfarenhet att lära av

Ska koppla in allt imorgon igen och ta lite screenshots och bilder på vad jag ser för bättre förklaring. RF-mätningar är ju lite av en materialsport har jag förstått men tänkte försöka utesluta eventuella (och troliga) användarmissar innan jag börjar leta bättre materiel.

Antar att http://vipec.sourceforge.net/ är "vipec" du nämner?

Har fått winSMITH rekommenderat på olika håll för impedansuträkningar men kör helst osx/linux och inte ens för Windows verkar det vara lätt att hitta winSMITH numer.

Tänkte på denna mjukvara för impedansmatchningar och visualiseringar på smith chart, http://www.microwavemac.com/Smith_Chart ... ac%29.html, nån som provat?

Mätte lite mer idag 800-900 MHz. Tog en bild på systemet nedan: Blir som sagt inte riktigt klok på vad jag mäter riktigt.

Hur som helst mäter jag |Z| på runt 22R i systemet med en 50R load i ena änden. Bifogar smith chart nedan. Kalibreringen är gjord direkt på portarna av VNAn och är väl inte direkt hög precision men open, short, load ligger ju ungefär rätt i alla fall. Antar att det skulle vara bättre att kalibrera inklusive ufl kabeln men jag har inte en lämplig adapter. Skulle ju också kunna göra ett PCB med 50R, open och short med sma och ufl-kontakter. Jämför jag gain på 50R-mätning mellan direkt på VNAn och på UFL får jag en skillnad i ungefär 15dB (-10db mot -25db), vad ska jag dra för slutsats av det? Är det 15dB förlust i systemet? Tittar jag på Smith chart för alla de mätningar jag gjort ser jag att open, short och mätningar med antenn på ufl-kabeln skiljer sig mycket från mätningar direkt på VNAn. Helt andra impedanser. Hur ska jag tolka det? Eftersom jag inte kan mäta ufl-kabeln enskilt känns det svårt att dra några slutsatser om min transmission line i alla fall. Min plan för fortsatta försök är att försöka mäta UFL-kabeln för att se vad den gör men det kräver adaptrar eller speciella pcbs. Jag har hittat en lämplig adapter men kanske är döfött att försöka mäta mer med den här utrustningen? Aja, uppskattar råd om hur jag ska gå vidare för att förstå min transmission line.

Fick lite bra råd i en kopia av denna tråd på EEVBlog forumet: https://www.eevblog.com/forum/rf-microw ... sion-line/

U.FL kontakten förklarar antagligen skillnaden i return loss mellan systemet och mätning direkt på VNAn. Antagligen handlar mycket av förvirringen jag ser om att det dels är en kort transmission line och att den kan vara problem med U.FL - SMA coaxen. Jag kommer mäta den bättre nästa vecka.