Forum: HF, Funk und Felder Verstärkung eines LNA mit dem NWA messen


von independend (Gast)


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Hallo Forumsgemeinde,

ich habe mich gefragt, wie ich das Ergebnis einer NWA Messung zu 
interpretieren habe.
Folgendes Szenario:
Es wird ein LNA mit einem NWA vermessen. Der NWA zeigt ein S21 von ~20dB 
an.
Ist das jetzt die Verstärkung des LNA oder ist die Verstärkung 10dB, da 
die Leistungsverstärkung quadratisch mit S21 zusammenhängt?


Grüße

von DH1AKF W. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite


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S21=20dB bedeutet die Leistungsverstärkung beträgt 20 dB.
Das bedeutet bei gleichem Eingangs- und Ausgangswiderstand eine 
Spannungsverstärkung von 10 dB.
Alles klar?

von John D. (drake)


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Wie kann man eine Leistungsverstärkung von 20dB (100) bei einer 
Spannungsverstärkung von 10dB (3.2) erzielen?

von Kelvin Klein (Gast)


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John Drake schrieb:
> Wie kann man eine Leistungsverstärkung von 20dB (100) bei einer
> Spannungsverstärkung von 10dB (3.2) erzielen?

Ganz einfach, weil am konstanten Widerstand bei doppelter Spannung auch 
der Strom sich verdoppelt.

von independend (Gast)


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Hmm habs selber rausgefunden:
S21 = 20dB bedeutet:
- Spannung hat sich verdoppelt (Somit auch Strom)
- Leitsung folglich vervierfacht
=> 20dB Spannungsverstärkung (20dB entspricht Verdoppelung), 20dB 
Leistungsverstärkung (10dB entspricht Verdoppelung)

Trotzdem danke für die Posts

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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20dB sind keine Verdoppelung sondern eine Verzehnfachung einer Spannung 
oder eine Verhundertfachung einer Leistung.
Wenn alle Ports korrekt abgeschlosssen sind dann ist die Verstärkung 
gleich S21 das hier in dB ausgedrückt ist, aber eigentlich eine lineare 
Größe ist
http://en.wikipedia.org/wiki/Scattering_parameters#Scalar_logarithmic_gain

: Bearbeitet durch User
von John D. (drake)


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Kelvin Klein schrieb:
[Nichts, was mit meiner Frage zu tun hatte.]

Du hast meinen Hinweis nicht verstanden. 20dB-Leistungsverstärkung ist 
eine Verstärkung der Leistung auf das 100-fache (siehe meine Zahl in der 
Klammer). Eine 10dB-Spannungsverstärkung ist eine Verstärkung der 
Spannung auf das etwa 3,16-fache. Das passt nicht zusammen - da fehlen 
einfach die 10dB...

von HF-Werkler (Gast)


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LNA sind häufig ungeeignet, um direkt mit einem NWA auf Gain vermessen 
zu werden. Wenn der Pegel des Messsignals des NWA oberhalb des normalen 
Betriebsbereiches des LNA liegt, sieht man nicht mehr sicher den Small 
Signal Gain.

von independend (Gast)


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Christoph Kessler (db1uq) schrieb:
> 20dB sind keine Verdoppelung sondern eine Verzehnfachung einer
> Spannung
> oder eine Verhundertfachung einer Leistung.
> Wenn alle Ports korrekt abgeschlosssen sind dann ist die Verstärkung
> gleich S21 das hier in dB ausgedrückt ist, aber eigentlich eine lineare
> Größe ist
> http://en.wikipedia.org/wiki/Scattering_parameters...

Das ist natürlich korrekt -.-
Aber der Sinn hinter meinem Posting bleibt der Selbe :)

von independend (Gast)


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HF-Werkler schrieb:
> LNA sind häufig ungeeignet, um direkt mit einem NWA auf Gain
> vermessen
> zu werden. Wenn der Pegel des Messsignals des NWA oberhalb des normalen
> Betriebsbereiches des LNA liegt, sieht man nicht mehr sicher den Small
> Signal Gain.

Mit der Messtechnik, die mir zur Verfügung steht kann man entsprechend 
herunterskalieren (inklusive PWR Cal) ;)

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Der eigentliche Fehler ist die Bezeichnung "S21" des NWA. S21 ist eine 
dimensionslose komplexe Zahl, die gleichzeitig das Amplituden- und 
Phasenverhältnis zwischen Ein- und Ausgang angibt.

Der NWA misst anscheinend aber nur die Amplitude und das auch noch 
logarithmiert. Also 20*log(|s21|) statt s21. Im Wikipedia-Artikel als 
"Scalar logarithmic gain" bezeichnet.

Der Betrag einer komplexen Zahl ist nicht einfach nur das Vorzeichen auf 
Plus gesetzt, sondern der Pythagoras über Real- und Imaginärteil, also 
die Länge des Zeigers in der komplexen Ebene.

von Kelvin Klein (Gast)


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Christoph Kessler (db1uq) schrieb:

> Der NWA misst anscheinend aber nur die Amplitude und das auch noch
> logarithmiert. Also 20*log(|s21|) statt s21. Im Wikipedia-Artikel als
> "Scalar logarithmic gain" bezeichnet.

Himmel nochmal was für ein rumgeeier. Nennt doch einfach Ross und Reiter 
und spuckt aus, um welchen NWA es sich handelt. Auf der Grundlage von 
Vermutungen zu agieren bringen niemanden weiter.

Gruss

von Doppelknilch (Gast)


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Klopp die Log Skala in die Tonne. die aendert nichts. Mit dem NWA 
vermisst man die Verstaerkung ueber die Frequenz. Faktor 10 in der 
Amplitude ist Faktor 100 in der Leistung. Dazu braucht man keine dB.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Der NWA könnte ein Skalarer oder Vektorieller Netzwerkanalysator sein. 
Die einfache Bezeichnung S21 an einer Frequenzgangkurve ist in beiden 
Fällen ungenau.

20 dB sind immer 20 dB, egal ob Spannung oder Leistung, vorausgesetzt 
sie beziehen sich auf denselben Bezugswiderstand. dBµV an 75 Ohm darf 
man nicht direkt auf dBmW an 50 Ohm umrechen.

Nur wenn die drei restlichen S-Parameter Null sind, ist die Verstärkung 
"gleich S21" (mit den Umrechnungen für Amplitude und Phase usw.). Aber 
mit einer vektoriellen  Messung aller vier Parameter hat man alle 
nötigen Angaben für eine (lineare) Simulation des Verstärkers für alle 
möglichen Ein- und Ausgangsabschlüsse, auch die Berechnung der 
tatsächlichen Verstärkung und seine Stabilität.

von Kelvin Klein (Gast)


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Christoph Kessler (db1uq) schrieb:
> Der NWA könnte ein Skalarer oder Vektorieller Netzwerkanalysator
> sein.
> Die einfache Bezeichnung S21 an einer Frequenzgangkurve ist in beiden
> Fällen ungenau.

Das mag strenggenommen der Fall sein, dass die Bezeichnung "S21" für die 
Übertragungsfunktion bein einem skalaren Analyzer ungenau ist, weil die 
Phaseninformation fehlt, aber in der praktischen Anwendung der 
Ermittlung der Durchgangsverstärkung wie hier wenig ausschlaggebend.

Bei einem breitbandigen Verstärker bzw. im Durchlassbereich eines 
selektiven Verstärkers ist die Phaseninformation in S21 in der Regel 
zweitrangig. Die Gleichsetzung: Verstärkung = S21 sei da aus 
pragmatischen Gründen erlaubt.

von Petra (Gast)


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Nur so nebenbei:
Immer auf den Eingangsmischer aufpassen. Im einfachen Fall wird er nur 
übersteuert, wenn es übertrieben wird, zerstört. Deshalb immer eine 
zweite Messung mit 10 dB weniger Eingangspegel machen und sehen ob der 
Ausgang auch 10 dB weniger ist.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Eingangsmischer am Analyzer ist gemeint. Ein LNA ist nur ein Verstärker.

Ich hatte zuerst auch an LNB-Downkonverter für Satelliten-TV gedacht. 
Aber umsetzende Baugruppen am Vektoranalyzer sind etwas komplizierter zu 
messen.
Und ein skalarer Analyzer mit Detektordiode wird gern mal vom Rest-LO 
oder anderen Nebenfrequenzen am Ausgang verwirrt.

von independend (Gast)


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Ja ihr habt ja recht,
S21 = 20dB war von mir ungenau formuliert, ja ihr habt recht, ich hätte 
20*log(|S21|) schreiben sollen (Dann wäre mir mein Denkfehler auch 
früher aufgefallen ;) )

Das hier:

Doppelknilch schrieb:
> Faktor 10 in der
> Amplitude ist Faktor 100 in der Leistung.

in Kombination mit verschiedenartiger logaritmischer Darstellung von 
Spannung und Leistung:
ergibt, dass der (vektorielle) NWA mit dem Betrag von S21: |S21| sowohl 
die Leistungs, als auch die Spannungsverstärkung angibt.

Alles Tutti, Thread kann geschlossen werden.

P.S.:
Das hier natürlich ausgemachter Blödsinn:

Christoph Kessler (db1uq) schrieb:
> Nur wenn die drei restlichen S-Parameter Null sind, ist die Verstärkung
> "gleich S21"

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Ich meinte für nicht perfekte Quellen und Senkenimpedanzen. Dann gibt es 
nicht nur die in den Eingang hineinlaufende Leistungswelle a1 und die am 
Ausgang herauslaufende b2 sondern auch die anderen beiden, und damit 
kommen die drei anderen S-Parameter ins Spiel, wenn sie nicht Null sind.

Ich denke, für andere Quellen/Senkenimpedanzen kann die Verstärkung auch 
größer werden (Leistunganpassung). Aber dazu misst man ja die Parameter, 
wobei man oft eher auf bestes Rauschen optimieren will. Das ist aber aus 
den S-Parametern nicht abzulesen.

von independend (Gast)


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S21 ist definiert als:
für

Von daher geht die Bedingung, die du genannt hast aus der Definition 
hervor. Man sollte darauf natürlich achten, wenn man die S-Parameter 
nicht mit einem kalibrierten NWA misst.

Grüße

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