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Forum: HF, Funk und Felder Drahtloses Messen Resonanzfrequenz mittels Netzwerkanalysator


Autor: Kalle A. (Firma: Student) (kalle375)
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Hallo, mit dem Netzwerkanalysator würde ich gerne die Resonanzfrequenz 
eines 1-Bit Transponders (bzw. Resonanzsensors) drahtlos in einem 
Messaufbau bestimmen.

In Vergleich mit RFID Handbook S.109 (und einigen Papers zu wireless 
resonant sensors) kann ich dafür einen Netzwerkanalysator nutzen.

Der Aufbau müsste ja prinzipiell in der Art funktionieren, dass ich
an Port 1) Den 1. Anschluss der Koppelspule lege (bei dieser achte ich 
darauf, dass ihre Resonanzfrequenz möglichst hoch über der des Sensors 
liegt), den zweiten Anschluss gegen lege ich gegen eine großflächige 
Masse (ein Stück leitfähiges Material z.B. Alu)

An Port 2) Hierbei verbinde ich nur die großflächige Masse und schließe 
sonst nichts an. Oder muss ich hier noch den Sensor anschließen, was ich 
ja eigentlich nicht will.

Wäre dies so korrekt oder gibt es gewisse Fallstricke zu beachten (z.B. 
in der Abmessung der Koppelspule, ich wollte diese vielleicht mit einem 
Durchmesser von 5cm Wickeln und mit 2..4 Windungen ausstatten?)

Müsste ich den Netzwerkanalysator vorher noch kalibrieren?

Autor: Dieter (Gast)
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Müsste ich den Netzwerkanalysator vorher noch kalibrieren?





Emma, meine Tropfen....

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Also es geht um einen Netzwerkanalysator zur Messung von S-Parametern? 
Der hat 50 Ohm an allen Ports. Für das RFID wäre das im Prinzip entweder 
eine Relfexionsmessung - nur ein Port nötig, oder eine Durchgangsmessung 
(wie hier beschrieben).

Autor: Kalle A. (Firma: Student) (kalle375)
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Eigentlich will ich die Resonanzfrequenz eines induktiv gekoppelten 
Schwingkreises bestimmen. Dies soll mit einem Netzwerkanalysator möglich 
sein (wie in RFID Handbuch).

Ich will also Messen entweder:
Realteil R von $Z_1$ in Abhängigkeit der Frequenz > Resonanzfrequenz bei 
Maximum

oder:

Messung des Betrags der transformierten Transponderimpedanz (Elminierung 
des Einflusses der Messpule (R1, L1) durch Kompensationsmessung (Short 
Korrektur). Mittelpunkt der durchlaufenen Ortskurve befindet sich auf 
der Re Achse. Maximum des Betrages der Transponderimpedanz entspricht 
Resonanzfrequenz.

Einmal für den Fall keiner Kopplung (d.h. Resonanzschwingkreis nicht in 
der Nähe der angeschlossenen Antennenspule) und einmal für den Fall 
loser Kopplung. Transponder befindet sich in der Nähe der Senderspule.

Jetzt frage ich mich wie am besten Anschließen und ob bei elektrisch 
kurzen Leitungen (ich will die Sendespule so nah wie möglich an den 
Anschlüssen anschließen) eine Kalibrierung notwendig ist.

Autor: Kalle A. (Firma: Student) (kalle375)
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Also ich will den Verlauf von Realteil und Imaginärteil der Sendespule 
anzeigen lassen, wie muss ich diese also an den Netzwerkanalysator 
anschließen?

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Ich habe hier ein "RFID-Handbuch" ISBN 3446193766 , Hanser-Verlag 1998, 
Autor Klaus Finkenzeller. Vermutlich gibt es inzwischen eine neue 
Auflage, auf meiner Seite 109 steht nichts von Netwerkanalysatoren.

Um welchen Frequenzbereich gehts denn?
Die Impedanzmessung mit einem Netzwerkanalysator macht man mit nur einem 
Port und betrachtet das Smith-Diagramm zu S11, oder läßt es sich gleich 
in Real- und Imaginärteil umrechnen, je nach Gerät.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Bei Amazon darf man das Inhaltsverzeichnis einsehen, das hier wäre um 
die Seite 109 herum.
Im Vergleich mit meiner Ausgabe scheint das Kapitel stark erweitert zu 
sein, diese Überschriften sind bei mir etwa auf Seite 70, und kein 
Analysator genannt.

Autor: Kalle A. (Firma: Student) (kalle375)
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Es handelt sich um die letzte (ich glaube 2006) bzw. vorletzte Ausgabe 
(2002), in diesen gibt es ein Kapitel zur Messung der Resonanzfrequenz. 
Der Frequenzbereich bei dem es bei mir geht, ist leicht unterschiedlich 
zu den RFIDs (13,56MHz), er liegt im Bereich 11MHz +/-1 1MHz.

Also, wenn ich es richtig verstanden habe würde ich die Spulenantenne 
(bei mir im einfachsten Fall die Kreisspule Radius z.B. 5cm) nur an Port 
1 (RF out) anschließen (z.B. ein kurzes Koaxialkabel (5cm) mit BNC 
Stecker, einen Spulenanschluss an die innere Ader, einen Anschluss an 
den Schirm).

Der 2 Port des Analysators (RF in) bleibt offen. Dann müsste ich eine 
Reflexions- oder Transmissionmessung vornehmen und mir Verlauf von 
Realteil bzw. Imaginärteil anzeigen lassen können? Einmal für den Fall, 
dass sich der Sensor in der Nähe befindet und einmal für den Fall das 
sich der Sensor in einiger Entfernung befindet.

Wäre das so korrekt?

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Ich verstehe deine Frage immer noch nicht, ist das ein vektorieller oder 
skalarer Netzwerkanalysator? Die Bezeichnungen "RF out" und "RF in" 
klingen mehr nach reiner Transmissionsmessung, für eine 
Reflektionsmessung ist noch eine Messbrücke (Richtkoppler) nötig, die 
ist dann noch nicht eingebaut. Zur komplexen Impedanzmessung muß der 
Analyzer vektoriell sein.

Autor: Kalle A. (Firma: Student) (kalle375)
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Es ist ein vektorieller Netzwerkanalysator. Für jeden Port (RF in, RF 
out) kann man auswählen  ob entweder eine Transmissionsmessung oder eine 
Reflektionsmessung durchgeführt wird.

Autor: high_speed (Gast)
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Und wo ist jetzt das Problem?

An Tor 1 eine auf die Mittenfrequenz abgestimmte breitbandige Antenne.
(Spule, Kondensator und Widerstand)
Der Widerstand ist wichtig, damit die Güte schlechter wird, so dass die
Anordnung breitbandiger ist.

> Müsste ich den Netzwerkanalysator vorher noch kalibrieren?

Mit dieser Testanordnung wird der Netzwerkanalysator kalibriert.


Mit Annähern des Prüflings ändert sich dann der Refelektionsfaktor 
(S_11).

MfG
Holger

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Eine breitbandige Messantenne für Kurzwelle hatte ich hier mal gezeigt:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/24382/H_...
Beitrag "Einfache EMV-Tester"
Die sollte auch ohne Bedämpfungswiderstand für 13,56 MHz funktionieren

Autor: Kalle A. (Firma: Student) (kalle375)
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Sehr vielen Dank, ich werde das heute bzw. morgen einmal probieren.

Ich fasse also noch einmal zusammen, ich nutze eine breitbandige Antenne 
(bzw. in meinem Fall eine breitbandige Senderspule, dies erreiche ich 
dadurch dass ich meine selbstgewickelte Spule mit einer zusätzlichen 
Kapazität zur Abstimmung der Mittenfrequenz und einem zusätzlichen 
Widerstand ausstatte um die Güte zu senken und somit die Bandbreite zu 
erhöhen.

Diese Anordnung schließe ich an einen der beiden Ports an d.h. z.B. Port 
1 an GND und die Signalleitung.

Den zweiten Port des Analysators lasse ich offen. Auch dessen GND wird 
nicht verbunden.

Was ich dann messen kann, dass ist die Reflexion bzw. Re + Im Teil? Da 
ich Port 2 offen habe, ist die Transmissions Messung ja nicht möglich.

Danach führe ich eine Kalibrierung des Analysators durch. Wie genau, da 
schaue ich im Handbuch nach.

Danach bringe ich meinen Prüfling näher, und müsste eine Änderung 
festellen können (nach Literatur einen Dip im Betragsverlauf der 
Impedanz, bzw. einen doppelten Ausschlag im Phasenverlauf). Oder aber 
ich messe den Reflexionsfaktor.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Wenn du dir von mir einen Grid-Dipper ausgeliehen hättest, wärst du
schon fertig mit der Messung. ;-)

Autor: Kalle A. (Firma: Student) (kalle375)
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Ja Messungen damit hätte ich auch gerne durchgeführt allerding, gibt es 
das hier bei uns nicht.
Weiterhin ist die Spule sehr klein (kleiner als 1 mm), ich bin mir nicht 
sicher ob der Leistungsentzug ausreicht um erfolgreich zu dippen.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Sebastian Sauer wrote:

> Ja Messungen damit hätte ich auch gerne durchgeführt allerding, gibt es
> das hier bei uns nicht.

Ich wohne 1 km entfernt von der Uni...

> Weiterhin ist die Spule sehr klein (kleiner als 1 mm), ich bin mir nicht
> sicher ob der Leistungsentzug ausreicht um erfolgreich zu dippen.

Müsste gehen.  Wir sprechen über 13 MHz, ja?

Autor: Kalle A. (Firma: Student) (kalle375)
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Na das wäre natürlich nicht verkehrt, ich bin hier im IHM (Nöthnitzer 
Str.). Die Resonanzfrequnenz liegt bei ca. 11MHz. Das müsste aber 
eigentlich noch gehen.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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IHM?  Klingt so wie das, was zu meiner Zeit ,,Technikum
Mikroelektronik'' hieß.  Ja, da habe ich auch mal studiert. ;-)

Kannst dich gern bei mir melden.  Meine Kontaktdaten wirst du schon
finden...

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Ein Dipmeter habe ich auch, hier gibts das Manual dazu mit Schaltplan 
auf pdf-Seite 7:
http://bama.edebris.com/download/leader/ldm815/LDM%20815.pdf
ziemlich einfache Schaltung, drei Transistoren

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Ja, aber bevor er's nachbaut, kann er sich das Teil bei mir wirklich
ausleihen.  Ist übrigens richtig historische Technik, ein echter
Grid-Dipper. Dafür strahlt er bestimmt so viel ab, dass man die
aktuelle Frequenz mit einem Stück Draht am Specci ablesen kann. :)

Autor: Kalle A. (Firma: Student) (kalle375)
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Noch einmal vielen Dank. Ich konnte die Messung nun erst einmal mit dem 
Netzwerkanalysator durchführen. Das Problem liegt in der geringen Güte 
der verfügbaren Sensoren.

Der Messaufbau: Wie beschrieben, ich nutze eine Spule mit hoher 
Eigenresonanz (ca. 200 MHz). Diese habe ich aus etwas dickerem Draht 
gewickelt (2 oder 3 Windungen, Durchmesser 1cm). Danach dann an eine BNC 
Buchse angelötet und direkt mit dem Netzwerkanalysator verbunden (Port 
1). Zusätzlich habe ich mir noch eine Testspule mit geringerer 
Eigenresonanz gewickelt (ca. 20 MHz). Ich führe eine Reflektionsmessung 
durch. Besteht nun eine induktive Kopplung zwischen beiden Spulen (d.h. 
Annäherung) so kann man vereinfacht auch von der transformierten 
Sensorimpedanz ausgehen (abhängig von den Parametern R,L,C der Testspule 
bzw. des Sensors, der Frequnenz und des Koppelfaktors vgl. RFID Handbuch 
S. 94) - im Resonanzfall heben sich die Blindwiderstände von Sensor bzw. 
Testspule auf, die transformierte Transponderimpedanz ist rein reel, 
d.h. der Widerstand der Erregerspule erhöht sich entsprechend.

Wenn das der Fall ist, wird bei einer Reflektionsmessung am Port 1 
weniger Leistung reflektiert, da ja Energie für den angekoppelten 
Schwingkreis verloren geht.

Im Prinzip ist ja die Messung mit dem Netzwerkanalysator nichts anderes 
als eine Messung mit dem Dipmeter, nur denke ich sehr viel genauer, als 
man es mit einer Eigenbauvariante hinbekommt. Im Dipmeter wird ja auch 
über einen bestimmten Frequenzbereich gewobbelt. Der Energieentzug 
äußert sich in einem geänderten Stromfluss.

Problem: Das Problem ist nun aber, dass der Energieentzug der Sensoren 
sehr gering ist, geringe Güte bzw. hohe Bandbreite (die wirksame 
magnetische Fläche, d.h. von der Feldstärke durchsetzte Fläche ist sehr 
klein dementsprechend auch der Energieentzug).

Ich müsste also die Messgenauigkeit erhöhen d.h. wahrscheinlich eine 
Schirmung hinzunehmen (z.b. wieder einmal so einen Conrad Alu kasten) 
und die Kalibrierung richtig durchführen.

Was mich einmal interessieren würde - könnte ich einen Anschluss des 
Sensors auch mit GND verbinden d.h. eine gemeinsame Masse nutzen? Wäre 
das möglich?

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