Guten Abend,
ich versuche die Z-Parameter eines Widerstandes zu simulieren und stoße
dabei auf das Problem, dass Messung sowie Simulation in CST einen
negativen Realteil in bestimmten Bereichen anzeigen. Die Realteile
bestimme ich aus den Transmissions- und Reflexionsdaten.
Dies ist physikalisch unmöglich, jedoch weiß ich mittlerweile einfach
nicht mehr weiter. Da ich die S-Parameter der Messung relativ gut
simulieren kann, muss dieses Problem in der Interpretation der Daten
liegen. Aber auch die Rf-Toolbox von Matlab weist dieses Problem auf.
Hat jemand diesbezüglich schon ähnliche Probleme gehabt ?
LG
Wie ist denn die Verbindung zw. DUT (Widerstand) und den Messtoren
realisiert? Hast du die S-Parameter de-embedded? Wenn nein (und wenn die
Zuleitung elektrisch lang wirkt), ergibt sich natürlich eine falsche
Phase.
A. K. schrieb:> Wie ist denn die Verbindung zw. DUT (Widerstand) und den Messtoren> realisiert?
Mit Mikrostreifenleitungen aus Kupfer.
A. K. schrieb:> Hast du die S-Parameter de-embedded?
Was bedeutet das genau ? Wahrscheinlich also nicht.
Die Zuleitungslänge beträgt ca. 16mm
Tacasco schrieb:> Mit Mikrostreifenleitungen aus Kupfer.
Die einfallende Welle durchläuft zwangsweise die Mikrostreifenleitung.
Dies führt zu einem Phasenversatz. Die reflektierte und transmittierte
Welle wird ebenfalls den selben Phasenversatz erfahren, sofern die
Streifenleitung zu beiden Toren hin gleich lang ist.
Somit wird nicht nur der Effekt durch das DUT, sondern auch der Einfluss
durch die Leitung gemessen. Im Falle von kurzen, verlustarmen
Wellenleitern macht sich das hauptsächlich in der Phase bemerkbar. Kennt
man die Phasenkonstante der Leitung, kann der Phasenversatz nachträglich
berücksichtigt werden (de-embedding).
Für Mikrostreifenleitung gibt es einfache Näherungsgleichungen zur
Ermittlung der Phasenkonstante. Ob diese gut funktionieren, hängt vom
Frequenzbereich ab. Alternativ kann man die tatsächliche Phasenkonstante
ermitteln, indem man ein moderat langes Stück Mikrostreifenleitung
vektoriell vermisst. Dies funktioniert mit sehr guter Genauigkeit.
Prinzipiell gehen Substratdicke, Leiterbahnbreite/stärke und natürlich
die relative Permittivität in die Phasenkonstante ein.
Tacasco schrieb:> Die Zuleitungslänge beträgt ca. 16mm
Relevant ist die elektrische Länge. Dazu müsste man die Frequenz wissen.
Ich habe gerade keinen Link zur Hand, aber das Thema "De-embedding" ist
bestimmt hervorragend in Application Notes von z.B. Keysight oder R&S
erklärt. Letztendlich verschiebt man die Referenzebene der Messung, um
den Einfluss der Leitung nachträglich abzuziehen, falls nicht direkt am
DUT kalibriert werden kann.
Die Zuleitungen wurden bei der Kalibrierung berücksichtigt und insofern
die Referenzebene direkt an den Widerstandsgrenzen positioniert.
Sollten dann nicht alle Phasenversatzeffekte terminiert werden?
Der Frequenzbereich liegt bei 0 - 30 GHz, jedoch ist der BEreich von
9-15Ghz entscheidend.
Bei der Kalibrierung (TRL) der Messung wurde mit zwei Lines kalibriert.
Tacasco schrieb:> Die Zuleitungen wurden bei der Kalibrierung berücksichtigt und> insofern> die Referenzebene direkt an den Widerstandsgrenzen positioniert.
Dann wird kein "De-embedding" benötigt!
Bleiben aus meiner Sicht noch drei Erklärungen:
1) Die Kalibrierung ist fehlerhaft.
2) Das Postprocessing ([S]->[Z]->Zdut) ist fehlerhaft.
3) Das DUT bezieht aus einer externen Quelle Energie (unwahrscheinlich).
Um den Fehler einzugrenzen, bräuchte man mehr Informationen (kompletter
Messaufbau, Informationen über die zu messende Impedanz, Skripte zur
Auswertung, Kalbrierdaten ... ).
Da du ein TRL-CalKit über eine solch hohe Bandbreite (0-30 GHz)
verwendest, tippe ich auf Ersteres. Wenn ich die TRL-Kalibriermethode
richtig in Erinnerung habe, ist diese prinzipbedingt relativ
schmalbandig und ich würde vom Gefühl her sagen, dass zwei Lines nicht
ausreichend sind.
Sieht der Messaufbau so aus?
Port1---100Ohm---Port2
Falls ja, dann hätte ja der Realteil von S11 und S22 in deiner Datei das
falsche Vorzeichen. Ich nehme an du hast einen 100Ohm 0402 Widerstand
vermessen. Da müsste bei 800MHz der Realteil von S11 bei einem 100Ohm
Widerstand noch positiv sein.
RI-Format
f S11 S21 S12 S22
8.000000000000000E8 -5.184059143066406E-1 8.748643100261688E-2
4.632496535778046E-1 -7.286927849054337E-2 4.627305269241333E-1
-7.281914353370667E-2 -5.214163064956665E-1 9.146305918693543E-
Hier mein Skript zur Auswertung. Für die Bestimmung der Werte für R
bestimme ich die Y-Parameter aus den S-Par., da eine Z-Matrix für den
Aufbau nicht definiert werden kann. Die Formel dazu ist wahrscheinlich
identisch zu der aus der RF_toolbox.
Helmut S. schrieb:> Sieht der Messaufbau so aus?>> Port1---100Ohm---Port2
Exakt
Ich würde auch auf die fehlerhafte Kalibrierung tippen, aber die beiden
Lines decken meinen Frequenzbereich ab.
Tacasco schrieb:> Y-Parameter aus den S-Par., da eine Z-Matrix für den> Aufbau nicht definiert werden kann
Macht Sinn.
Wie sehen denn die Messungen der Lines aus? Aus dem Phasenverlauf der
Transmission solltest du ja ableiten können, ob die Kalibrierung
geglückt ist. Ich gehe mal davon aus, dass die Transmissionsmessung des
Thru nach der Kalibrierung breitbandig 1+j0 entspricht.
Tacasco schrieb:> Hier mein Skript zur Auswertung. Für die Bestimmung der Werte für R> bestimme ich die Y-Parameter aus den S-Par., da eine Z-Matrix für den> Aufbau nicht definiert werden kann. Die Formel dazu ist wahrscheinlich> identisch zu der aus der RF_toolbox.>>>> Helmut S. schrieb:>> Sieht der Messaufbau so aus?>>>> Port1---100Ohm---Port2>> Exakt>> Ich würde auch auf die fehlerhafte Kalibrierung tippen, aber die beiden> Lines decken meinen Frequenzbereich ab.
Nein. S21 sieht ja vernünfig aus, aber das Vorzeichen bei Re(S11) und
Re(S22) ist meiner Meinung nach einfach falsch. Hast du die Messdaten
selber verändert?
Rechhne S11 von Hand für einen 100Ohmwiderstand aus und vergleiche mit
deinen Werten bei 800MHz.
Die Kalibrierung sah soweit ganz gut aus. Habe noch das Calkit, weiß
aber nicht, ob und wie man daraus nochmal die Ergebnisse sichtbar machen
kann.
Helmut S. schrieb:> Rechhne S11 von Hand für einen 100Ohmwiderstand aus und vergleiche mit> deinen Werten bei 800MHz.
Ja der Wert ist da 0.0145-j*0.12, zu klein nach meinem Geschmack.
Die R-Werte aus der Transmission sehen ebenfalls nicht wahnsinnig gut
aus und haben für höhere Frequenzen einen negativen Realteil.
Tacasco schrieb:> Die Kalibrierung sah soweit ganz gut aus. Habe noch das Calkit, weiß> aber nicht, ob und wie man daraus nochmal die Ergebnisse sichtbar machen> kann.>> Helmut S. schrieb:>> Rechhne S11 von Hand für einen 100Ohmwiderstand aus und vergleiche mit>> deinen Werten bei 800MHz.>> Ja der Wert ist da 0.0145-j*0.12, zu klein nach meinem Geschmack.> Die R-Werte aus der Transmission sehen ebenfalls nicht wahnsinnig gut> aus und haben für höhere Frequenzen einen negativen Realteil.
Also ich biete für einen 100Ohm Serienwiderstand
S11 = 0,5 +j0
Helmut S. schrieb:> Also ich biete für einen 100Ohm Serienwiderstand> S11 = 0,5 +j0
So sollte es eigentlich sein. Mein Wert war die aus dem Messwert
berechnete Impedanz.
Tacasco schrieb:> Helmut S. schrieb:>> Also ich biete für einen 100Ohm Serienwiderstand>> S11 = 0,5 +j0>> So sollte es eigentlich sein. Mein Wert war die aus dem Messwert> berechnete Impedanz.
In deinem s2p-File steht
800MHz -0,518 +j0,0875
Wenn man die Vorzeichen von Realteil und Imaginärteil umdrehen würde,
dann könnte es passen. Hättest du ab 100MHz gemessen, dann wäre man noch
näher an 0,5 +j0 gekommen bzw. bei dir natürlich nicht da bei dir -0,5
+j0 herausgekommen wäre.
Warum fängst du überhaupt erst bei 800MHz an? Kann der VNA keine 100MHz?
PS: Habe gerade gegoogelt. Dein VNA kann wohl ab 10MHz.
Tacasco schrieb:> Ja der Wert ist da 0.0145-j*0.12, zu klein nach meinem Geschmack.
Woher stammt der von dir angegebene Wert @ 800MHz? Laut S2P Datei
beträgt S11 = -0,5184 + j0,0875 (oder 0,526 < 170,42°) bei 800MHz. Als
Impedanz ergibt sich Z11 = (15,64 + j3,78)Ohm.
Der Realteil ist überall positiv. Bei welcher Frequenz soll das anders
sein?
Robert M. schrieb:> Tacasco schrieb:>> Ja der Wert ist da 0.0145-j*0.12, zu klein nach meinem Geschmack.>> Woher stammt der von dir angegebene Wert @ 800MHz? Laut S2P Datei> beträgt S11 = -0,5184 + j0,0875 (oder 0,526 < 170,42°) bei 800MHz. Als> Impedanz ergibt sich Z11 = (15,64 + j3,78)Ohm.> Der Realteil ist überall positiv. Bei welcher Frequenz soll das anders> sein?
Bei 800Mhz soll aber für Z11 ca. 150Ohm herauskommen. Das Problem ist,
dass die Vorzeichen von S11 und S22 in dem s2p-File falsch sind.
Den habe ich mit meinem Skript berechnet. Dabei wähle ich die Y-Matrix .
Y11 wäre dann mein Leitwert meines Widerstandes.
Robert M. schrieb:> Als> Impedanz ergibt sich Z11 = (15,64 + j3,78)Ohm.
Wie kommst du auf diese Impedanz? Der Aufbau ermöglicht nicht das
Bestimmen einer Z-Matrix.
Helmut S. schrieb:> Bei 800Mhz soll aber für Z11 ca. 150Ohm herauskommen. Das Problem ist,> dass die Vorzeichen von S11 und S22 in dem s2p-File falsch sind.
Also neu kalibrieren mit zb. mit einer dritten Line, die auch 100 MHz
beinhaltet?
Auch mit 800MHz hätte schon das Richtige +0,5 für S11 herauskommen
müssen.
Die Messung mit 100MHz würde nur dazu dienen, dass man zusätzlich
überprüft ob S11 sinnvoll ist. Dort müsste ungefähr S11=0,5+j0,01
herasuskommen da man annhemen kann dass der Widerstand dort noch exakt
reell 100Ohm hat.
Irgendwie hast du bei S11 den "Wurm" drin. Hast du bei der Cal. bei
Leerlauf und Kurzschluss falsch abgeschlossen?
Du musst herausfinden warum du bei tiefen Frequenzen kein S11 = +0,5
bekommst.
PS: Bei einer Google-Suche habe ich noch etwas interessantes gefunden.
Passt zwar nicht unbedingt zu deinem R-Problem da es eher um C geht,
aber die Messergebnisse finde ich sehr interessant.
https://opus4.kobv.de/opus4-fau/files/1432/ThomasFischerDissertation.pdf
Tacasco schrieb:> Robert M. schrieb:>> Als>> Impedanz ergibt sich Z11 = (15,64 + j3,78)Ohm.>> Wie kommst du auf diese Impedanz? Der Aufbau ermöglicht nicht das> Bestimmen einer Z-Matrix.
Sorry für die zusätzliche "1", gemeint ist Z1 d.h. Impedanz an Port 1
bei 50Ohm Abschluß und nicht der Z-Parameter Z11 bei offenem Ausgang.
Helmut S. schrieb:> Bei 800Mhz soll aber für Z11 ca. 150Ohm herauskommen. Das Problem ist,> dass die Vorzeichen von S11 und S22 in dem s2p-File falsch sind.
Richtig, damit sieht z.B. der Betrag und insbesondere die Phase (0,526 <
9,58°) des Reflektionskoeffizienten S11 @ 800MHz, als auch die
Eingangsimpedanz Z1 = 150 + j36,52 sofort stimmiger aus.
Tacasco schrieb:> Die Frage ist nur, warum macht meine Messung solchen Blödsinn, wenn> selbst Kollege meinte, dass die Kalibrierung in Ordnung sei.
Mach doch mal fogenden Versuch um das Problem zu bestätigen.
Nimm einen 6dB splitter(möglichst kleine Bauform) statt deinem
(Board)Widerstand und lass den dritten Anschluss vom splitter offen. Da
müsstest du bei tiefen Frequenzen S11=+0,25 bekommen. Wenn man den
dritten Anschluss kurzschließt, dann müsste man S11=-0,25 bekommen. Das
Ganze bei deutlich unter 1GHz machen wegen der doch nicht ganz kleinen
Bauform des splitters. Dann messe mit den gleichen Frequenzen deinen
Widerstand.
Hallo Tacasco,
könntest du kurz einen update geben was letzendlich dein falsches S11
verursacht hat während S21 ja ganz vernünftig aussah. Es interessiert
mich einfach und vielleicht hilft das ja auch mal Anderen falls die das
gleiche Problem haben.
Gruß
Helmut
Tacasco schrieb:> Helmut S. schrieb:>> Sieht der Messaufbau so aus?>> Port1---100Ohm---Port2>> Exakt
Vielleicht lese ich das zu woertlich, aber ich faende es bedenklich wenn
nur die Innenleiter des Ports verbunden wurden. Was ist mit dem
Aussenleiter? (Nun ja, ich nehme nicht an dass irgendjeman bei einer
Mikrostreifenleitung nur den Innenleiter verbindet, aber wenn da 'exakt'
steht....)
Dumdi D. schrieb:> Tacasco schrieb:>> Helmut S. schrieb:>>> Sieht der Messaufbau so aus?>>> Port1---100Ohm---Port2>>>> Exakt>> Vielleicht lese ich das zu woertlich, aber ich faende es bedenklich wenn> nur die Innenleiter des Ports verbunden wurden. Was ist mit dem> Aussenleiter? (Nun ja, ich nehme nicht an dass irgendjeman bei einer> Mikrostreifenleitung nur den Innenleiter verbindet, aber wenn da 'exakt'> steht....)
Ein Port meint nomralerweise Signal-pin und Masse-pin. Ich gehe
natürlich davon aus, dass die Masse durchgehend verbunden ist ob das so
war, kann uns nur Tacasco sagen.
o----100Ohm----o
1 2
o--------------o
So war der Aufbau. Falls das die Frage dazu erklärt.
Weiterhin lässt sich in den Messergebnissen ein starker Phasenversatz
erkennen. Außerdem zeigt S11 eine sehr starke Welligkeit im Betrag, die
natürlich nicht das Widerstandsverhalten abbildet. Ich vermute, dass
dieser Fehler aufgrund eines zu langen Durchgangsstandards entsteht, was
auch in einem IEEE Paper untersucht wurde. Mein Durchgangsstandard
beträgt ca. 13mm, was auf 2mm gekürzt keine Probleme mehr machen dürfte.
Wahrscheinlich hatte A.K. mit seiner ersten Vermutung recht.
Verstehe nur noch nicht genau, warum dies S21 nicht betrifft.
