HP 8753C Kalibrierung und Messung

[Sebastian M. (semi2012)]

Hallo zusammen
Ich möchte mit einem alten HP 8753C Materialparameter(Epsilon tan D) 
messen. Hierzu packe ich mein Probenmaterial zwischen zwei Elektroden 
und Messe den S21 Parameter(Series-Through). Vor der Messung versuche 
ich meinen Netzwerkanalysator zu Kalibrierung, bin mir jedoch bei einem 
Punkt der Kalibrierung nicht ganz sicher ob ich den richtig verstanden 
habe.

Deshalb die Frage, was bedeuten bei dem HP 8753C bei der Full 2-Port 
Kalibrierung die vier verschiedenen through Messungen (Fwd.Trans.Thru, 
FWD.MATCH THRU, REV.TANS.THrU und REV.MATCH THRU[siehe Bild])?

Um meinen Testkondensator anzuschließen, nutze ich zwei RG319 Kabel mit 
SMA Stecker. Für die Kalibrierung mache ich zuerst die Reflexion 
Kalibrierung für Port 1 und 2 am Ende der jeweiligen RG319 Kabel. 
Anschließend verbinde ich die beiden Kabel mit einem kurzen Adapter 
(Port1---RG319---|SMA Stecker Male|SMA Female-Female|SMA Stecker 
Male|---RG319---Port2) und führe alle vier through Kalibrierungen durch. 
Mache ich dabei ein Fehler? Eine Through Messung oder vielleicht zwei 
für hin und zurück hätte ich ja noch verstanden, warum es aber 4 sind 
verstehe ich nicht.
Der Frequenzbereich der mich interessiert ist von 1 MHz bis 100 MHz. Die 
Proben dich messen möchte sollten eine Stärke von 0,1 mm bis 20 mm 
haben. Als äußerer Abmessung akzeptiere ich alles von 20 mm bis 100 mm. 
Sollten noch  Fragen oder Anregungen zu dem es Aufbau bestehen bin ich 
gern bereit weitere Informationen zu liefern. Sollte jemand Information 
zu einen solchen Aufbau haben bin ich ebenso an Details sehr 
interessiert. Speziell bei der Verbindung der beiden Außenleiter von 
Port 1 und 2 sowie bei der anschließende Kontaktierung der beiden 
Elektroden bin ich mir nicht sicher ob dies richtig ausgeführt ist.

[Hp M. (nachtmix)]

Sebastian M. schrieb:
> Speziell bei der Verbindung der beiden Außenleiter von
> Port 1 und 2 sowie bei der anschließende Kontaktierung der beiden
> Elektroden bin ich mir nicht sicher ob dies richtig ausgeführt ist.

Eine verwegene Konstruktion.

Warum misst du nicht einfach S11 eines Prüfkondensators (anstelle eines 
Short am Ende des Kabels)?

[Hp M. (nachtmix)]

P.S.:
Wenn du es mit sehr verlustarmen Materialien zu tun hast, verwendest du 
vielleicht besser eine Stripline: Kupferplatte an GND, Dielektrikum, 
Streifenleiter, Dielektrikum, Kupferplatte an GND.
Einen zweiten Anschluss für die S21 Messung braucht man eigentlich 
nicht, wenn man dafür sorgt, das das offene oder kurzgeschlossene Ende 
des Streifenleiters nicht strahlen kann.


So, wie du es aufgebaut hast, wird es jedenfalls nicht funktionieren und 
evtl. gefährdest du auch per ESD die Mischer/Sampler-Dioden des VNA.

[Hp M. (nachtmix)]

Noch etwas:
Gib die Präzision, die HP durch die Verwendung der APC-7 Stecker 
vorgegeben hat, nicht ohne Not auf.
Das ist Meßgerätequalität, während SMA vergleichweise nur Bastlerniveau 
erreicht.

Ja, das Zeug ist ist teuer, aber das wird dich hoffentlich anspornen 
sorgfältig damit umzugehen und die Behandlungsvorschriften zu beachten.

Wie ich oben erwähnte, brauchst du ja nur S11 zu messen, kommst also mit 
einem Verbinder an der Prüfvorrichtung aus.
Wenn das trotzdem dein Budget sprengt, dann nimm wenigstens 3,5mm 
Steckverbinder anstelle von SMA.
Die sind mechanisch kompatibel mit SMA, aber sie sind nicht nur präziser 
gefertigt, sondern sie sind auch für eine längere Lebensdauer = größere 
Zahl von Verbindungen und Trennungen konstruiert.

Vor allem: Verwende nur Steckverbinder von Markenherstellern!
Die Fertigungsgenauigkeit der NoName-Steckverbinder und Adapter, die 
vielerorts billig angeboten werden, ist oft unter aller Sau, und du 
ruinierst dir damit leicht deine guten Verbinder.

Wenn du nicht auf den Euro schauen musst, kannst du auch mal in den 
Katalogen der Hersteller von HF-Messtechnik nach fertigen Test Fixtures 
für dein Meßproblem schauen.
Du bist ja nicht der Erste, der solche Messungen machen will/muss. 
Vielleicht fragst du auch mal bei Herstellern von 
Leiterplattenmaterialien, wie Rogers, wie man dort misst.


P.S.:
Sebastian M. schrieb:
> Der Frequenzbereich der mich interessiert ist von 1 MHz bis 100 MHz

Das hatte ich angesichts des HP85047A übersehen. Bei "Gleichstrom" sind 
die Präzisionsforderungen natürlich nicht so hoch wie bei einigen GHz.
Dennoch bleibt es bei der Empfehlung einen grossen Bogen um chinesische 
Koax-Verbinder zu machen und die Teile pfleglich zu behandeln.

[Tobias P. (hubertus)]

Halllo Sebastian

mich würde noch interessieren, was du da für Messleitungen hast. Ich 
suche noch ein paar hochflexible Messkabel für meinen VNA. Auch mit 
SMA-Anschluss. Was ist das blaue für ein Kabel?

Und: ich muss evtl. demnächst ähnliche Messungen machen. Wie willst du 
aus S21 dein Epsilon und tan d berechnen?

Bin sehr gespannt auf deine Antwort.
Bezüglich der Kalibrierung schlage ich nachher im Handbuch nach. Es gibt 
dort ein Kapitel wo das in aller ausführlichkeit beschrieben ist.

[EMU (Gast)]

Sebastian M. schrieb:
> Eine Through Messung oder vielleicht zwei
> für hin und zurück hätte ich ja noch verstanden, warum es aber 4 sind
> verstehe ich nicht.

Die Match Messungen dienen dazu Abweichungen von 50 Ohm im RX-Port zu 
berücksichtigen und machen damit die Thru Messungen genauer
EMU

[Sebastian M. (semi2012)]

Als Information vorab, wofür ist der Aufbau gedacht. Ich möchte die 
komplexe Permittivität von verschiedenen Materialien bestimmen um 
beurteilen zu können wie gut sich diese dielektrisch erwärmen lassen. 
Dabei interessieren mich nicht nur die Materialparameter bei 20 °C 
sondern auch bei höheren Temperaturen. Ziel ist es mit einer 
Messapparatur schnell und einfach verschiedene Materialien vermessen zu 
können. Bei den in den Bildern gezeigten Aufbau handelt es sich um den 
ersten Versuch mit dem VNA erste Ergebnisse zu erzielen.

@HP M.: Das mit der Strip-Line hört sich interessant an. Ich werde mal 
ein paar Berechnung anstellen wie so etwas für meinen Fall geometrisch 
aussehen könnte.
Wie EMU schon geschrieben hat funktionierte die Messung des S11 
Parameter nur gut bei 50 ohm. Für höhere Impedanzen ist das 
Series-Through Verfahren besser geeignet. Für Impedanzen unter 50 ohm 
ist das Shunt-Through Verfahren besser geeignet. Eine gute Übersicht 
hierzu liefert die Application Note 1369-2 von 
Agilent(http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5988-0728EN.pdf).
Ich habe das RG319 Kabel und die SMA Stecker ausgewählt da sie recht 
flexibel sind. Kennst du eine Quelle wo man die APC-7 Stecker für 
vernünftige Preise bekommen kann? Sobald ich mir mit der Geometrie 
sicher bin und der Aufbau steht wollte ich auch auf 3,5 mm wechseln, 
aber auch hier sind die Quellen recht spärlich. Meine Hoffnung ist, dass 
der "Gleichstrom" mir bei diesen Frequenzen diese Nachlässigkeit vorerst 
verzeiht.
Zurzeit bin ich durch umstecken der Kabel in der Lage alle drei 
Messverfahren mit diesem Messausbau zu realisieren. Deswegen erscheint 
der Aufbau vielleicht auch etwas verwegen. Solltest du einen Hersteller 
kennen der solche Aufbauten liefert würde ich mich über ein 
professionelles Vorbild sehr freuen. Wenn ich mich an Agilent halte, 
sollte ich den VNA beiseite stellen und ein passendes Messgerät mit 
Messapparatur kaufen. Natürlich für einen Spottpreis.

@Tobias Plüss: Das blaue auf den Fotos ist normaler Schlumpfschlauch den 
ich als Knickschutz verwendet habe. Ansonsten ist es ganz normales RG319 
Kabel.
In der oben genannten Application Note findest du auf Seite 10 einige 
Informationen. Hier musst du nur die Formeln nach Zx umstellen. Da ich 
zurzeit an der Universität Hannover arbeite, bin ich mir nicht sicher in 
wieweit dir Links zu weiteren wissenschaftlichen Veröffentlichungen 
außerhalb des Uninetzes nützlich sind. Wenn du weiteres Interesse hast 
kannst du dich ja gern auch per E-Mail mal an mich wenden. Bin gerne 
bereit Information und Ergebnisse zu teilen.

@all: Danke für eure Antworten
Sebastian

[Hp M. (nachtmix)]

Sebastian M. schrieb:
> möchte die
> komplexe Permittivität von verschiedenen Materialien bestimmen um
> beurteilen zu können wie gut sich diese dielektrisch erwärmen lassen.

Also bist du im Bereich eher hoher Verlustfaktoren unterwegs.
Dann  wirst du auch eine Heizung des Probeaufbaus vorsehen müssen, denn 
gewöhnlich steigen die Verluste mit der Temperatur -und u.U. sehr steil- 
an.


Sebastian M. schrieb:
> Ich habe das RG319 Kabel und die SMA Stecker ausgewählt da sie recht
> flexibel sind.

Aber, wie es aussieht, hast du eine riesige Leiterschleife variabler 
Geometrie aufgebaut, deren Induktivität das Meßergebnis dominiert. 
Wahrscheinlich gibts mit der Kapazität des Prüflings dann auch noch eine 
Serienresonanz.
Übel auch, dass diese "Rahmenantenne" strahlt und bei den höheren 
Frequenzen nicht zu wenig.
Du wirst allso alles mögliche messen, nur nicht das, was dich 
interessiert.


Sebastian M. schrieb:
> Wie EMU schon geschrieben hat funktionierte die Messung des S11
> Parameter nur gut bei 50 ohm.

Was hindert dich daran den Aufbau dahin gehend auszurichten?


Sebastian M. schrieb:
> ennst du eine Quelle wo man die APC-7 Stecker für
> vernünftige Preise bekommen kann?

Du meinst "preisgünstig"?
Wenn ich's wüsste, brachte ich selbst nicht zu adaptieren. Gelegentlich 
gibt es etwas auf dem Surplus-Markt, aber wirkliche Schnäppchen sind 
selten.

[Sebastian M. (semi2012)]

Der Testaufbau kommt in einer Kammer aus Aluminium mit einer Heizung und 
Temperaturregler. Genztemperatur wird dann durch die Kabeln vorgegeben 
aber das ist OK. Hatte auch schon den Fall das die Werte mit der 
Temperatur fallen. Dann war bei 40°C mit dielektrisch heißen Schluss. 
Bis dahin ging es aber in unter einer Sekunde.

>Was hindert dich daran den Aufbau dahin gehend auszurichten?
Wenn ich mir meine Probengeometrie immer wünschen könnte, würde ich eine 
Messung mit meiner Standardelektrode machen und danach je nach 
Permittivität die Dicke anpassen. Speziell bei geschichteten Proben kann 
ich das nicht. Ich könnte auch von der Werkstatt viele verschiedene 
Elektroden mir unterschiedlichen Radius fertigen lassen. Schon wäre es 
wenn man die bestehenden Verfahren aber auch praktisch anwenden könnte. 
Dann käme ich mit drei Standardradien super aus.