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Forum: HF, Funk und Felder Idee: Netzwerkanalysator selbst gebaut


Autor: ju123 (Gast)
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Moin

Mal was ehrgeizigeres als nur 'n Oszi. Mir ist die Idee gekommen als ich 
vor 'ner Weile bei Farnell zwar recht "langsame" ADCs entdeckt hab (1..2 
stelliger MSPS Bereich), die aber ziemlich flotte Eingangs-OPVs mit 
Sample&Hold hatten (300..700MHz Bandbreite)... und bezahlbar waren.
Hab au was gefunden wo mehrere ADCs in einem Gehäuse saßen und bis auf 
wenige ps parallel gesampelt haben.

Die Idee ist eigentlich recht simpel: Ein DSS Chip erzeugt die variable 
Frequenz, ein ADC misst direkt am DSS, einer nach einem Shunt, und einer 
nach dem DUT. Da das Eingangssignal bekannt ist, kann man rein anhand 
der Werte vom 1. ADC die Zeit bestimmen, und bekommt mittels 
Überabtastung die restlichen Signalformen. Mit FFT und Korrelation kann 
man dann Amplituden- und Phasengang sowie THD bestimmen.

Hab mal angehängt wie ich mir das vorstelle. An den roten Punkten 1, 2 
und 3 misst jeweils ein ADC. Das Frequenzlimit gibt der DSS vor, 
bezahlbare Bausteine gehen so bis 100..200MHz. Klar, richtige 
Netzwerkanalysatoren gehen viel weiter, aber ist ja nur ein 
Hobbyprojekt.


Was halt ihr davon? Ein Problem ist, dass sich beim Sinus jedem 
Amplitudenwert 2 Zeitpunkte zuordnen lassen, aber das ist lösbar 
(notfalls mit einem Verzögerungsglied und einem 4. ADC, aber sicher auch 
eleganter). Ich hab von HF nicht soooo viel Ahnung, aber die 
rücklaufende Welle müsste sich doch über den Spannungsabfall über R1, 
die Phasenverschiebung über R1 und dem Abfall über R2 bestimmen lassen, 
oder?

Natürlich gehört dazu das Ding dann auch umfangreich zu kalibieren, weil 
es sicher noch genug Dinge gibt die frequenzabhängige Abweichungen 
ergeben. Aber das dürfte das kleinere Problem sein.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Prinzipiell ist sowas machbar, das Problem ist jedoch der hohe 
Dynamikumfang für den man mindestens einen 16bit ADC braucht, damit das 
ganze einigermaßen praxistauglich ist. Oder man schaltet die Verstärkung 
vor dem ADC um.
Hier ist das ganze gut gelöst:
http://www.circuitcellar.com/psoc2002/winners/h3.htm
oder ähnlich auch hier:
http://www.circuitcellar.com/microchip2007/winners...
Und hier gibts direkt einen Network Analyser:
http://www.circuitcellar.com/psoc2002/winners/3.htm

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Was soll der ADC ? Der bringt Null information. Schmeiss den ADC raus 
und nim einem AD8302 und fast gut ist, die 60dB sid vieleicht etwas 
wenig. Allenfalls kann man da noch etwas verbessern mit einem 
Verstaerker.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Mini Troll schrieb:
> Was soll der ADC ? Der bringt Null information. Schmeiss den ADC raus
> und nim einem AD8302 und fast gut ist, die 60dB sid vieleicht etwas
> wenig. Allenfalls kann man da noch etwas verbessern mit einem
> Verstaerker.

Hallo,
der Fragesteller möchte auch die Phasen haben. Deshalb braucht er drei 
synchron abtastende ADCs.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Nochmals. Was sollen die ADC ? Was soll eine FFT ? Die Frequenz ist 
bekannt. Es muss nur noch eine Amplitude und eine Phase gemessen werden. 
Und genau das macht ein AD8302. Ein AD8302 wertet auch die Phasen aus.

Autor: ju123 (Gast)
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Stichwort THD ;). Denn sowie aktive Komponenten drinnen sitzen spielt 
die auch 'ne Rolle.

Außerdem läuft der AD8302 bei mir, so schön das Datenblatt auch 
aussieht, in der Kategorie unbezahlbar :(. Die 3 ADCs zusammen sollen 
etwa 15€ kosten, 2 AD8302 kosten 48€.

Die Dynamik der ganzen Sache hat mir auch ein bisschen Kopfweh bereitet, 
andererseits kann man ja auch ziemlich extreme Überabtastung machen, 
sowohl bei x (1. ADC) als auch bei y (2. und 3. ADC).
Bei bekanntem x (die Amplitude vom DSS wird ja zum Glück nicht kleiner) 
ergeben 10bit einen Messbereich bis -60dB, zumindest in der Theorie.

Aber 'ne vorschaltbare Verstärkung um Faktor 100 oder so dürfte ja auch 
nicht sooo schwer sein.


Dann hab ich in meiner Idee ja grundsätzlich erstmal nix übersehen :). 
Mal schauen, ob ich das Ding baue...

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ein Netzwerkanalyzer geht immer von sinusfoermigen Signalen aus, plus er 
geht von linearen Systemen aus. Dh es gibt keine Verzerrungen, resp die 
werden nicht gesondert betrachtet. Falls man sich doch fuer harmonische 
interessiert, sollte man bei der doppelten, dreifachen, vierfachen 
Frequenz messen.
Wenn die 48Euro fuer einen 2 port Netzwerkanalyzer ein Problem sind... 
ich kann mir nicht vorstellen wie du 3 ADCs mit 100MHz++ laufenlassen 
willst, ohne dick Kohle in die Hand zu nehmen. Fliegend und gefaedelt 
auf Lochraster ?

Autor: ju123 (Gast)
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Mag sein, dass übliche Netzwerkanalysatoren von linearen Systemen 
ausgehen, echte Systeme sind aber nunmal nicht linear. Und, das ist der 
2. Punkt, je mehr Daten man zur Verfügung hat, desto besser lässt sich 
das Ding kalibrieren, der Netzwerkanalysator ist nämlich auch nicht 
linear.
Aus den genauen Waveforms kann man nunmal einfach mehr machen als aus 
Amplitude und Phase.

Frühere Speckies haben auch Mischer benutzt, die Billigvariante ist 
heute einfach Daten aufzunehmen und 'ne FFT drüberlaufen zu lassen.

ADC12010 kostet zB. 5.17€, hat 12Bit und 100MHz Eingangsbandbreite. 
Richtig schnell gibts leider nur 10bit in dem Preisrahmen, zB. 
ADC10DL065 mit 250MHz und 2 parallel abtastenden ADCs für 6.72€.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Das ist alles richtig. Aber... wenn man nicht mehr von einem linearen 
System ausgeht, kann man die dB eines Verstaerkers in die Tonne 
druecken. Eine FFT kannste in die Tonne druecken - nicht mehr relevant, 
denn die FFT geht davon aus, dass man Signale superponieren kann, was 
bei nichtlinearen Systemen nicht mehr zutrifft.

Autor: chris (Gast)
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Richtig schnell gibts leider nur 10bit in dem Preisrahmen, zB.
ADC10DL065 mit 250MHz und 2 parallel abtastenden ADCs für 6.72€.

Ne frage, könnte man den ADC nicht aufbohren auf mehr bits, z.B. durch 
Koaxkabel das Signal verzögern,
daß man durch z.B. einen Kanal eine DA Wandlung bekommt, mit 
Widerständen, diesen dann subtrahiert vom verzögerten Eingangssignal, 
das Resultat
verstärkt, und dann dem zweiten Kanal zuführt.

Autor: ju123 (Gast)
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Die Abweichungen durch die Annahme, dass die Superposition gilt, sind 
aber viel geringer als die durch die THD verursachten Abweichungen. Und 
da das Eingangssignal vom DSS nahezu keine harmonischen hat, sondern nur 
das Ausgangssignal, passt das.

Das Ding kann man dann auch vielfältiger einsetzen, zB. auch zum 
Durchmessen von Spulen, die ja bekanntlich alles nur nicht linear sind. 
Der DSS macht ja locker Frequenzen von <0.1Hz bis >100MHz, da liegt auch 
der ganze NF Bereich drinnen. Und die ADCs haben mit NF auch keine 
Probleme. Man könnte zB. auch das Verhalten von Übertragern ausmessen.

Autor: ju123 (Gast)
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Den ADC mit einer Verzögerungsleitung aufzubohren funktioniert so ohne 
weiteres nicht. Wär halt extrem kompliziert, und das dann noch HF 
tauglich zu machen...

Autor: Matthias (Gast)
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> Mag sein, dass übliche Netzwerkanalysatoren von linearen Systemen
> ausgehen, echte Systeme sind aber nunmal nicht linear. Und, das ist der
> 2. Punkt, je mehr Daten man zur Verfügung hat, desto besser lässt sich
> das Ding kalibrieren, der Netzwerkanalysator ist nämlich auch nicht
> linear.

Oh Gott, oh Gott... Lerne er erstmal etwas über die Kalibrierung von 
VNAs..

Autor: ju123 (Gast)
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Ah ja... gibt hier also immer noch die Leute, die sich für was besseres 
halten.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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ju123,
Ein Netzwerkanalysator ist was ganz anders wie dir vorschwebt. Gemaess 
obigster Skizze zumindest. Du moechtest nichtlineare Teile messen 
koennen,
was ein Netzwerkanalysator nie macht. Daher : Nenn dein Geraet einfach 
anders, es ist kein Netzwerkanalysator, wird's nie sein.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Zumindest fuer Audiofrequenzen und etwas darueber gibt's schon was 
aehnliches : AD5934

Autor: ju123 (Gast)
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Naja, das Ding soll Frequenzgang, Phasengang und Reflektionen messen 
können. Das kann ein Netzwerkanalysator auch. Zusätzlich kann man damit 
noch 'ne Menge mehr Unfug anstellen. Das kann ein VNA nicht.

Man könnte das Ding zB. auch ganz banal zum Messen von Leitungslängen 
einsetzen. Ende offen lassen, die Phasenveränderung am ADC2 bei 
Frequenzänderung um wenige Hz gibt dann Aufschluss darüber wieviele 
Wellen im Leiter stehen.

Oder um erstmal zu gucken ob man an einen HF Verstärker ruhigen 
gewissens eine Antenne anschließen kann, oder ob man das wegen den 
Oberwellen besser sein lässt.

Oder oder oder...

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ein Netzwerkanalyzer hat 50 Ohm Aus- und 50 Ohm Eingang. Er bestimmt im 
wesentlichen die S-Parameter. Ist ein durch und durch lineares System 
und setzt auch ein lineares System als DUT voraus.

Autor: ju123 (Gast)
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Selbst ein 08/15 Koaxkabel ist nicht Linear. Ein VNA hat übrigens 
nicht unbedingt einen 50 Ohm Ausgang, können auch 75Ohm oder sonstwas 
sein. Rate mal, was passiert, wenn man R1=R2=50Ohm setzt... -;)

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ja. Fuer die TV Fritzen gibt's noch 75 Ohm Systeme. Natuerlich ist ein 
Kabel linear. Weshalb sollte es das nicht sein. Doppelte Laenge, 
doppelte Laufzeit. Doppelte Spannung, doppelter Strom.

Autor: ju123 (Gast)
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Dann sieht die Sache nämlich so aus.


Der AD5934 schaut ganz witzig aus, ist aber halt 'ne andere Kategorie, 
etwas langsam.

Autor: Bernhard (Gast)
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Ich wüsste gerne, mit was für Leistungen du arbeitest, damit deine 
Koaxkabel nichtlineare Eigenschaften zeigen!

Autor: ju123 (Gast)
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08/15 Koaxkabel ist nicht linear... aber linear genug, dass die 
Abweichungen, wenn man es als echt linear annimmt, nicht groß sind. Die 
wenigsten Phänomene in der Natur sind linear, eigentlich garkeine.

Autor: looser (Gast)
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>Die wenigsten Phänomene in der Natur sind linear, eigentlich garkeine.

was kannst du dir lineareres vorstellen, als die ausbreitung eines 
lichtstrahles im leeren (massefreien) raum?

was wir als "nichtlinearitäten" interpretieren, sind meist die 
überlagerungen verschiedener physikalischer effekte. man muss die 
dinge für sich betrachten.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Es ist aber klar, sobald man ein Device/System als nichtlinear 
deklariert, ein Frequenzscan wertlos wird ? Denn das bedeutet, dass man 
ein Signal nicht mehr als Superposition von Harmonischen betrachten 
darf.

Autor: ju123 (Gast)
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In der Nährung schon, eine Nährung ist auch was Wert solange sie gut 
ist.

Die Frage ist doch immer wie stark die Abweichungen durch irgendwas 
sind, bei 10% THD ist die gemessene Amplitude eben schon was anderes als 
die Amplitude der Grundschwingung, die Abweichungen durch andere 
nichtlineare Effekte sind aber idR. <<10%.

Betrachtet man also nur die THD, dh. beachtet, dass das System selber 
(zB. ein aktiver Verstärker) nichtlineare Effekte hat, nimmt aber an der 
Rest sei linear, hat man schon eine deutlich größere Genauigkeit... auch 
wenn man weiterhin annimmt, in Nährung gelte die Superposition.

Außerdem kann man das Ding dann deutlich universeller einsetzen, hab ich 
aber schonmal geschrieben.


Die Ausbreitung von einem Lichtstrahl ist übrigens auch nicht unbedingt 
linear, der wird nämlich zB. von jeder Gravitationsquelle beeinflusst, 
und davon gibts im Universum genug. Im kleinen Maßstab ist die Nährung 
Linearität aber gut genug um damit zu arbeiten.

Autor: oggy (Gast)
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>Die Ausbreitung von einem Lichtstrahl ist übrigens auch nicht unbedingt
>linear, der wird nämlich zB. von jeder Gravitationsquelle beeinflusst,
>und davon gibts im Universum genug. Im kleinen Maßstab ist die Nährung
>Linearität aber gut genug um damit zu arbeiten.

ich habe von einem raum ohne massen geschrieben. die gravitaion als 
solche ist übrigens ebenso ein linearer effekt. das beispiel eines 
lichtstrahls als "nichtlinear" zu bezeichnen, nur weil dieser durch eine 
masse abgelenkt wird, ist eine äußerst engstirnige bezeichnung des 
linearitätsbegriffs.
http://de.wikipedia.org/wiki/Lineares_System_(Systemtheorie)

die bezeichnung THD (die du so gerne verwendest) kommt übrigens aus der 
frequenzanalyse, die in ihrer allgemeinen form sogar lineare systeme 
voraussetzt!

du redest von linearität im sinne von funktionen: übertragungskennlinien 
usw... aber auch die ist linear für koaxkabel, solange man es innerhalb 
vernünftiger grenzen betreibt. die abweichung davon kannst du ja dann 
mit deinem analysator messen. :)

Autor: ju123 (Gast)
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Die Ausbreitung ist auch sonst nicht linear. Beweg dich mit 50 m/s von 
der Quelle weg und staune ;). Relativität ist das Stichwort.

Gravitation ist übrigens auch nicht linear, siehe schwarzes Loch. Da wo 
der Ereignishorizont anfängt hört unsere Physik nämlich auf, und davor 
treten auch schon lauter witzige Effekte auf.


Die Frequenzanalyse setzt übrigens in dem Sinne keine linearen Systeme 
vorraus, sondern nur, dass sich Spannungen (bzw. das, worauf die 
Frequenzanalyse bezogen ist) linear überlagern lassen. Mehr nicht. Ein 
Transistor ist alles, nur nicht linear. Du musst aufpassen, dass du 
nicht durcheinander bringst, was jetzt eigentlich linear sein soll.

Und nochmal: Die Sache ist streng genommen nicht linear für Koaxkabel. 
Der Fehler dieser Nährung ist nur hinreichend klein. Darfst du auch 
nicht durcheinander bringen, das sind 2 völlig verschiedene Aussagen.


Aber diese rumtheoretisiererei bringt eh nix.

Autor: Kutte (Gast)
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guckst Du hier:
http://www.sdr-kits.net/VNWA/VNWA_Description.html
ein super Gerät. Hat z.T bessere Leistungen als kommerzielle Gräte.
Kutte

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