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Forum: HF, Funk und Felder was misst der VNA?


Autor: hm (Gast)
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Wenn ich ein Zweitor mit dem VNA messe und mir S11 anzeigen lasse.
Was sehe ich dann, S11 oder den Reflexionsfaktor.

S11 setzt ja voraus, das das Zweitor perfekt abgeschlossen ist.
Ist es ja aber am VNA nicht, es ist ja mit 50 Ohm abgeschlossen.
Also sehe ich eigentlich den Reflexionsfaktor?

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Das Zweitor muß nicht "perfekt", sondern mit dem Wellenwiderstand 50 Ohm 
abgeschlossen sein für die S-Parametermessung. Das ist schon S11.

Autor: Wer misst misst Misst (Gast)
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Hä?
Ich glaube du hast den Sinn von S11 nicht verstanden.
Wenn du den Ausgang perfekt abschließt, dann sollte S11=0 sein.

S11=Reflektion (Eingang -> Eingang)
S21=V-Transmission (Eingang -> Ausgang)
S12=R-Transmission (Ausgang -> Eingang)
S22=Reflektion (Ausgang -> Ausgang)

Autor: Bernhard (Gast)
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Wenn er den Ausgang perfekt anpasst, heißt es noch nicht dass der 
Eingang angepasst ist, daher muss keineswegs S11=0 sein.

Autor: hmmm (Gast)
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Leute, so schwer ist das doch nicht zu verstehen.

Also die Definition der S-Parameter sagt das S11=b1/a1 ist, aber nur 
wenn b1 gleich Null ist. Also der Ausgang perfekt abgeschlossen ist 
(konjugiert komplex).

Die Frage ist nun, was messe ich mit dem Netzwerkanalysator, tatsächlich 
S11 oder nur den Reflexionsfaktor Gamma (bei 50 Ohm Abschluss) des 
Zweitores.

Autor: hmmm (Gast)
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Korrektur "Also die Definition der S-Parameter sagt das S11=b1/a1 ist, 
aber nur wenn b2 gleich Null ist."

Autor: hmmm (Gast)
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Korrektur "Also die Definition der S-Parameter sagt das S11=b1/a1 ist,
aber nur wenn a2 gleich Null ist."


shit!!! jetzt stimmt es aber, a sind immer die Wellen die zum tor 
hinlaufen.

Autor: Bernhard S. (gmb)
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>Also die Definition der S-Parameter sagt das S11=b1/a1 ist, aber nur
>wenn b1 gleich Null ist. Also der Ausgang perfekt abgeschlossen ist
>(konjugiert komplex).

Letzter Satz ist nicht korrekt. Perfekt abgeschlossen ist hier in 
Relation zur Bezugsimpedanz (50 Ohm) zu verstehen, und bedeutet daher 
nicht die konjugiert komplexe Anpassung sondern den Abschluss mit 50 
Ohm.

Autor: HFProfi (Gast)
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Nene Bernhard! Wenn mein DUT zB. 40 Ohm Ausgangsimpedanz hat, muss ich 
es auch mit 40 Ohm hinten abschliessen, damit a2 Null ist, so wie in der 
Sparameterdefinition gefordert.

Kann es sein das der VNA den unperfekten Abschluss in sein Fehlermodell 
einrechnet (er kennt ja S22, wenn ich ein Zweitor messe)? Weil wenn 
nicht, hätte ich keinen richtigen S11 gemessen, wenn mein DUT eine 
andere Ausgangsimpedanz als 50 Ohm hat.

Autor: Matthias (Gast)
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> Nene Bernhard! Wenn mein DUT zB. 40 Ohm Ausgangsimpedanz hat, muss ich
> es auch mit 40 Ohm hinten abschliessen, damit a2 Null ist, so wie in der
> Sparameterdefinition gefordert.
Wieso, 50 Ohm sind einfach die Bezugsimpedanz. Hinterher lassen sich die 
gemessenen S-Parameter z.B. auf 75 Ohm umrechnen.

Autor: Bernhard S. (gmb)
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>Nene Bernhard! Wenn mein DUT zB. 40 Ohm Ausgangsimpedanz hat, muss ich
>es auch mit 40 Ohm hinten abschliessen, damit a2 Null ist, so wie in der
>Sparameterdefinition gefordert.

Eben nicht. Wie ich bereits schrieb, Bezugsimpedanz ist 50 Ohm und damit 
ist b2 (du hast a2 geschrieben, meinst aber glaube ich b2, die vom 
Ausgang weglaufende Welle) genau dann Null, wenn mit 50 Ohm 
abgeschlossen ist.

Autor: HFProfi (Gast)
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Nein! Ich meine natürlich a2, weil ich doch die Definition der 
S-Parameter korrekt kenne.

http://de.wikipedia.org/wiki/Streuparameter

Nochmal:
Wenn mein DUT an Tor 2 40 Ohm Ausgangsimpedanz hat und der VNA mit 50 
Ohm dort abschliesst, habe ich eine Reflexion und damit ist a2 ungleich 
0.
Damit messe ich nicht S11 vorne wenn ich nur das Verhältnis b1/a1 
bestimme.
Der VNA muss also die Welle a2 bei der Berechnung von a1 
berücksichtigen. Sonst wäre das Ergebnis nur ein Reflexionsfaktor Gamma 
aber kein S-Parameter.

Autor: HFProfi (Gast)
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PS: Ich denke der Wikipediaartikel ist fehlerhaft, die sprechen auch von 
Abschluss mit 50 Ohm. Das ist aber falsch. Wenn ich ein 40 Ohm DUT mit 
50 Ohm Systemimpedanz abschliesse habe ich eine Reflexion. Dann ist a2 
nicht Null! Im Pozar gibts dazu ein Beispiel.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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a2 ist das was von außen aus dem VNA in den Ausgang hineinläuft. b2 ist 
das was aus dem Ausgang wieder in den VNA zurückkommt, weil der Ausgang 
des Zweitors nicht perfekt 50 Ohm "Innenwiderstand" hat.
Das hat nichts mit der Reflexion eines Signals aus dem Ausgang kommend 
an einer fehlangepassten Last in das Zweitor zurück zu tun.
Diese Fehlanpassung der Last und Quelle wird bei der S-Parametermessung 
in Kauf genommen. Sie ist immer noch besser (näher am idealen 
Betriebsfall)  als die Kurzschluß- und Leerlaufbedingungen anderer 
Vierpolparametermessungen.

Autor: Matthias (Gast)
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Ich verstehe die Ausgangsfrage gar nicht: S11 oder Reflexionsfaktor 
Gamma. Bei einem Netzwerk kann das eine nicht unabhängig vom anderen 
betrachtet werden. Wenn mein Ausgang (Port 2) aus irgendwelchen Gründen 
eine von 50 Ohm abweichende Impedanz aufweist, so wird dies bei Abschluß 
mit 50 Ohm zu Reflektionen führen, die sich wiederum am Eingangstor 
(Port 1) bemerkbar machen. Und, wo ist das Problem ? Genau das 
entspricht der Definition der Streuparameter. Eine isolierte Betrachtung 
von Port 1 ergibt keinen Sinn.

Autor: Bernhard (Gast)
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>Nein! Ich meine natürlich a2, weil ich doch die Definition der
>S-Parameter korrekt kenne.

Okay, hier habe nicht aufgepasst und a2 mit b2 verwechselt.

>Wenn ich ein 40 Ohm DUT mit 50 Ohm Systemimpedanz abschliesse habe ich eine 
>Reflexion. Dann ist a2 nicht Null!

Ich behaupte weiterhin, dass das nicht stimmt.

Nehmen wir mal an, du hättest Recht: Das DUT mit 40 Ohm Ausgangsimpedanz 
wird mit 40 Ohm (also reflexionsfrei) abgeschlossen. Du behauptest, a2 
wäre dann genau Null. Dementsprechend wäre deiner Meinung nach der 
Eingangsreflexionsfaktor am DUT genau S11. Man kann ja einen 
Reflexionsfaktor ganz leicht in eine Impedanz umrechnen. Damit wäre auch 
die konjugiert komplexe Impedanz für beidseitig reflexionsfreie 
Anpassung am Eingang bekannt. Das würde bedeuten, dass du direkt aus S11 
die optimale Eingangsimpedanz, und analog dazu aus S22 die optimale 
Ausgangsimpedanz berechnen könntest.

Dem ist aber nicht so, die notwendigen Impedanzen die du für beidseitige 
Anpassung brauchst berechnen sich jeweils aus allen vier S-Parametern.

Autor: HFProfi (Gast)
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> Ich behaupte weiterhin, dass das nicht stimmt.

Habe noch mal nachgedacht. Es gilt ja:
b1=S11*a1+S12*a2. Es kommt nun einfach darauf an, wie a2 definiert ist. 
So wie es aussieht ist "a2" eine extern in Port 2 eingespeiste Welle 
"incident wave".
Die muss 0 sein, wenn S11 gemessen wird. Ist sie am VNA ja auch, dort 
wird
ja immer nur 1 Tor zu einem Zeitpunkt gemessen.

Physikalisch gesehen habe ich aber durch eine Fehlanpassung zwischen DUT 
und Systemimpenanzabschlusswiderstand aber tatsächlich eine Welle "a2", 
auch wenn keine externe Welle an Tor 2 eingespeist wird.

Was mich allerdings stuzig macht ist diese Formulierung bei der 
Definition der S-Parameter:

http://en.wikipedia.org/wiki/Scattering_parameters

"If one considers an incident power wave at port 1 (a_1\,) there may 
result from it waves exiting from either port 1 itself (b_1\,) or port 2 
(b_2\,)."

Das ist klar.
Jetzt kommt aber der Punkt, der mich verwirrt.

"However if, according to the definition of S-parameters, port 2 is 
terminated in a load identical to the system impedance (Z_0\,) then, by 
the maximum power transfer theorem, b_2\, will be totally absorbed 
making a_2\, equal to zero."

b2 wird also völlig absorbiert, wenn Port2 mit der Systemimpedanz 
abgeschlossen ist??? Das ist völliger Käse, für den Fall das der 
Ausgangswiderstand meines DUT einen anderen Betrag als die 
Systemimpedanz hat (zB. 40 Ohm).
100% "absorbed" wird b2 nur wenn ich konjugiert komplex terminiere.
Wahrscheinlich ist die Definition von S11 richtig, aber diese Erklärung 
Quatsch.

Autor: Bernhard (Gast)
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>Wahrscheinlich ist die Definition von S11 richtig, aber diese Erklärung
>Quatsch.

Beides stimmt.  Diese Erklärung stimmt, das ist ja das was ich sage! Das 
geht aus den Wikipedia Artikel nicht hervor, weder aus dem englischen 
noch aus dem deutschen. a1,b1,a2,b2 sind eben auf der 50 Ohm Leitung 
definiert, die an das DUT angeschlossen ist, und nicht an der 
Verbindungsstelle. Und dann ist a2 halt immer Null, wenn man mit 50 Ohm 
abschließt. Klar hast du Recht, dass an der Verbindungsstelle DUT/Kabel 
etwas ins DUT zurückreflektiert wird, aber das ist nicht a2.

Autor: nenne (Gast)
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Hm, dann würde das Sinn ergeben. Ich gehe immer davon aus das a1,a2... 
direkt für die Stossstelle zwischen Referenceplane vom VNA und 
DUT-Stecker definiert sind, weil die S-Parameter ja genau diesen Bereich 
charakterisieren. Das da irgendeine Leitung dahinter kommt spielt doch 
eigentlich keine Rolle...hm hm.

Ich denke der Schlüssel ist sich die Wellengrössen a1 und a2 nicht als 
"reflected waves" sondern als "incident waves" also leistungsmässig von 
der Signalquelle kommend vorzustellen.

Autor: nenne (Gast)
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Nebenbei erwähnt.
Gibt übrigens auch andere Systemimpedanzen als 50 Ohm. Deswegen finde 
ich es in diesem Zusammenhang immer unexakt, wenn von Z0 im Sinne von 50 
Ohm gesprochen wird! Die Definition der S-Parameter ist vom der 
tatsächlichen Wert der Systemimpedanz völlig unabhängig.

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