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Forum: HF, Funk und Felder NVA Kalibrierung nur für S21/S12


Autor: Norbert (Gast)
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Hallo,

bei einer speziellen Vermessung eines Bauteiles wird dieses zwischen die 
2 Ports eines Network-Analyzers geschaltet, also in einer "Series" 
Konfiguration. Ohne Verbindung zu den Massen der Ports.

Von der Messung ist lediglich S21 bzw. S12 (S21=S12) interessant, die 
S11 und S22 Werte werden nicht benötigt.

Frage zur Kalibrierung: Normalerweise wird ja Open/Short/Load an jedem 
einzelnen Port + Thru zwischen den Ports kalibriert.  (Full 2 Port 
Calibration)

Ist es möglich eine vereinfachte Kalibrierung durchzuführen, da ja nicht 
alle S-Parameter benötigt werden? Aus praktischen Gründen stelle ich mir 
es vorteilhaft vor die Kalibrierung nur mit 2x Open (an beiden Ports) 
und 1x Thru (zwischen den Ports) durchzuführen, um damit die "Series" 
Fehler zu kompensieren.

Gibt es diese vereinfachte Kalibrierung? Und falls ja, welche typischen 
NVAs ermöglichen diese Art von vereinfachter Kalibrierung?

Freundliche Grüße
Norbert

Autor: Günter R. (guenter-dl7la) Benutzerseite
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Mal rein interessehalber: Was ist denn das für ein Bauteil? Wenn ich den 
Ausgangspin des Sendeports mit dem Eingangspin des Empfängerports 
verbinde und die Massen ignoriere, habe ich dazwischen ja erst mal ein 
Stück Leitung mit undefinierter Impedanz...
rätselnd...

Wenn du aber THRU kalibrierst, sind die Massen verbunden. Bei meinem 
VNWA sind sie das immer über einen Strecke von ein paar cm.

: Bearbeitet durch User
Autor: Norbert (Gast)
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Günter R. schrieb:
> sind die Massen verbunden

Oh das hab ich wohl missverständlich ausgedrückt:

Das zu vermessende Bauteil ist nicht mit der der NVA-Masse verbunden.
Die beiden Masse der beiden Ports sind natürlich schon gegenseitig 
verbunden.

Autor: Corra (Gast)
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Norbert schrieb:
> NVA Kalibrierung

Norbert schrieb:
> welche typischen NVAs

Norbert schrieb:
> nicht mit der der NVA-Masse verbunden

Nur mal aus Neugier: Für was steht bei dir die Abkürzung NVA?
Ich kenne NWA (Network Analyzer) oder VNWA (Vectorieller Network 
Analyzer).
Aber NVA ist mir (zumindest in diesem Context) kein Begriff.

Autor: Norbert (Gast)
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Corra schrieb:
> NVA

soll VNA heißen, also (Vector) Network Analyzer

Autor: Baum (Gast)
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Wäre es nicht (Sinngemäß) besser ein gehäuse um das bauteil zu haben das 
mit masse verbunden ist?

Hf geht manchmal seltsame wege, Frequenz?

Auch wenn masse intern verbunden ist, kommen mir da so einige dinge in 
den sinn die zusätzlich fehler produzieren können.

Bei mir ist das zb. das schlecht geschirmte Kabelnetz das auf VHF ins 
DUT einstrahlt und mir messungen versaut!

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Norbert schrieb:
> Ist es möglich eine vereinfachte Kalibrierung durchzuführen, da ja nicht
> alle S-Parameter benötigt werden?

jup, das geht. Hängt aber vom NWA ab - nicht jeder unterstützt das. Bei 
HP heisst es 'full 2 port calibration' - da wird an beiden ports open, 
short und load sowie thru kalibriert - vs. 'one-path 2 port' wo man nur 
open, short und load am port 1 und einen thru benötigt.

Aber: wieso will man das? wegen der 20sec Zeitersparnis? ich würde das 
nicht machen, denn so wird die Anpassung am port 2 nicht berücksichtigt.

Wenn es dir um das Einsparen von Zeit geht und du die Messdaten eh auf 
den PC lädst, gäbe es noch die Möglichkeit, offline zu kalibrieren d.h. 
am NWA unkalibriert zu messen und auf den Messdaten dann die Standards 
anzuwenden.

Autor: Ralph B. (rberres)
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Norbert schrieb:
> Aus praktischen Gründen stelle ich mir
> es vorteilhaft vor die Kalibrierung nur mit 2x Open (an beiden Ports)
> und 1x Thru (zwischen den Ports) durchzuführen, um damit die "Series"
> Fehler zu kompensieren.
>
> Gibt es diese vereinfachte Kalibrierung? Und falls ja, welche typischen
> NVAs ermöglichen diese Art von vereinfachter Kalibrierung?

ich meine mich zu erinnern, das der Rohde&Schwarz ZVA40 das kann.

Ralph Berres

Autor: Test (Gast)
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Norbert schrieb:
> Günter R. schrieb:
>> sind die Massen verbunden
>
> Oh das hab ich wohl missverständlich ausgedrückt:
>
> Das zu vermessende Bauteil ist nicht mit der der NVA-Masse verbunden.


Wie geht das denn und was genau willst du dann messen?

Autor: Name H. (hacky)
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Es wird wahrscheinlich um einen Serie-Cap oder ein Serie-L gehen...

Autor: Günter R. (guenter-dl7la) Benutzerseite
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ja, dieses geheimnisvolle Bauteil interessiert mich auch schon länger. 
Vielleicht z.B. ein 100pF-Kondensator, bloß wie soll der angeschlossen 
sein? Sitzen die Ports nebeneinander, messe ich die Anschlussdrähte mit, 
je nach Buchsenentfernung. Bei meinem VNWA sind es rd. 5 cm, bei meinem 
Takeda Riken sind es 25 cm. Ob man das per port extensions wieder 
vernünftig wegkalibrieren/wegkorrigieren kann, wie der TO wohl möchte, 
erscheint mir insofern fraglich. weil port extension von 
wellenwiderstandrichtigen Leitungslängen ausgeht.



Komplett OT: Corra schrieb:
> Aber NVA ist mir (zumindest in diesem Context) kein Begriff.

Hier auch nicht: Für mich als Berliner wegen des heutigen Datums immer 
noch die 'Nationale Volks-Armee' ;-)

Autor: Bernd B. (microwave-designer)
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Hallo Norbert,

Du kannst Dir die App-Note von HP oder das Paper von "Engen" zur 
Fehlerkorrektur heraussuchen. Oder Du gehst hier hin auf Seite 5:

http://www.ece.mcmaster.ca/faculty/nikolova/4FJ4_downloads/lectures/HP_ProductNote_8510-8_TRLcal.pdf

Dieses Papier beschreibt eine Reihe von Kalibrierverfahren.

Bei einer vollständigen Kalibrierung erfasst Du die Fehlanpassungen S11, 
S22, die Transmissionen, die Isolation und den Übersprecher. Die meisten 
Nutzer der VNA merken gar nicht, was alles herausgerechnet wird, da sie 
nur durch das Umschrauben der Cal-Devices sensibilisiert werden.

Die Cal-Devices verwenden immer Masse!

Sofern Du "nur" auf Transmission kalibrieren willst, machst Du eine 
Durchgangsmessung (vernachlässigst Fehlanpassung an den Meßtoren und 
vernachlässigst Direktivität) und anschließend eine Normierung. So 
stellst Du Dir das vor.

Das ist alles Murks. Da die Buchsen oder Messtore ein Stücksken 
auseinander liegen, müsstest Du als "Durchverbindung" ein kurzes Ende 
Draht verwenden.

Also mag sein, dass der eine oder andere da etwas zaubern kann, ich habe 
keine Idee. Mach es wie die Profis oben beschrieben haben über eine 
richtige Kalibrierung. Vielleicht meinst Du ja auch 3-Term Kalibrierung 
für Tor 1, 3-Term für Tor 2 und die Normierung für Transmission. Das 
geht auch mit einigermaßen Genauigkeit, die mit sinkender Frequenz und 
Qualität des VNA ansteigt.

Oder besteht das Problem darin, dass keine open/short/load verfügbar 
sind?

Gruß

Bernd

Autor: Name H. (hacky)
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Um solche Einzelteile zu messen verwendet man ein Stueck Leiterplatte, 
Blech, oder Gehause mit BNC resp SMA links und rechts. Bei hinreichend 
niederen Frequenzen, db unterhalb 1GHz geht das gut. Da nimmt man die 
normale Kalibrationsroutine auf die Ports.

Autor: Test (Gast)
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Jetzt ist G. schrieb:
> Es wird wahrscheinlich um einen Serie-Cap oder ein Serie-L gehen...

Ja selbst dann muss ich doch schauen, dass mein GND möglichst gut 
mitkommt. Ansonsten misst man doch nur Mist. Das wird ja einen riesen 
Schleife wenn der Rückstrom völlig anderst (innerhalb des VNA) fließt 
als Hinstrom (durch das Bauteil). Oder sehe ich das falsch?

Autor: Martin L. (mla)
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Hallo,

> bei einer speziellen Vermessung eines Bauteiles wird dieses zwischen die
> 2 Ports eines Network-Analyzers geschaltet, also in einer "Series"
> Konfiguration. Ohne Verbindung zu den Massen der Ports.

OK. Mach ich auch für die Charakterisierung von Widerständen, Spulen, 
Kondensatoren usw.

> Von der Messung ist lediglich S21 bzw. S12 (S21=S12) interessant, die
> S11 und S22 Werte werden nicht benötigt.

Es kann sein, dass man die Extraktion nur auf Basis von S21 bzw. S12 
macht. Allerdings nimmt man dann an, dass S21 und S12 tatsächlich mit 50 
Ohm Abschluss an den beiden Anschlüssen bestimmt wurde. Das ist aber in 
der Regel nicht der Fall. Da das aber alles lineare Zusammenhänge sind 
kann man ausrechnen, wie S21/S12 wären, so man die tatsächlichen 
Impedanzen der Tore kennt. Und das ist dann die bekannte 7/10-Term 
Kalibrierung.

> Ist es möglich eine vereinfachte Kalibrierung durchzuführen, da ja nicht
> alle S-Parameter benötigt werden?

Ja gibt es. Mit Port-Extension oder Adapter Removal. Hat aber immer 
spezielle Randbedingungen mit denen es noch gut funktioniert.

> Gibt es diese vereinfachte Kalibrierung? Und falls ja, welche typischen
> NVAs ermöglichen diese Art von vereinfachter Kalibrierung?

Das ist eine Softwarefrage. Ich finde es angenehmer, das mit einem 
externen Programm zu machen.
Wenn man sich aber schon die Mühe macht was zu vermessen kann man es 
auch gleich richtig machen. Ich habe dafür eine Platine (siehe Bild) mit 
der ich gleich eine TRL/LRM Kalibrierung machen kann. Wenn man es als 
2nd-Tier Kalibrierung macht kann man mittels ECal schnell das System neu 
kalibrieren und die Annahme treffen, dass sich die Platine seit der 
letzten Messung schon nicht verändert hat.

Viele Grüße,
 Martin Laabs

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Hallo Martin,

eine schöne Kalibrierplatine hast du da. Wollte ich mir auch schon lange 
mal basteln. Sind die Stecker Rosenberger 32K243-40ML5 (SMA) oder sind 
es gar PC3.5er?

könntest du noch ein paar Hints geben, wie du bei dir das adapter 
removal machst und wie du im externen Programm (selber geschrieben? 
Matlab?) die TRL/LRM-Kalibrierung machst? ich nehme mal an, dass du 
damit quasi nie die Cal-Funktion am NWA nutzt, sondern immer gleich die 
Rohdaten exportierst. So mache ich das auch, aber bis jetzt bin ich des 
TRL und LRM nicht mächtig, ich denke aber, diese Frage ist eh von 
allgemeinem Interesse ;-)

Martin L. schrieb:
> 2nd-Tier

in Bio war ich noch nie gut, speziell bei Tieren ;-)

Autor: Martin L. (mla)
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Hallo,

Tobias P. schrieb:

> eine schöne Kalibrierplatine hast du da. Wollte ich mir auch schon lange
> mal basteln. Sind die Stecker Rosenberger 32K243-40ML5 (SMA) oder sind
> es gar PC3.5er?

Nein. Die Platine ist aus FR4 um meinen zweifelnden Studenten mal zu 
zeigen, dass man Mikrostreifenleitungen möglichst nicht vom Lötstoplack 
befreien soll und warum 100nF Kondensatoren zum Entkoppeln der DC für HF 
untauglich sind.
Daher sind es die 32K243-Stecker. Aber ich werde noch eine weitere 
Platine mit anderen Steckern machen. Dadurch, dass die Toleranzen beim 
Fräsen relativ hoch sind habe ich z.T. 100um Versatz und das führt zu 
schlechten Ergebnissen bei der Kalibrierung. Ich bin noch nicht ganz mit 
der Fehleranalyse fertig und werde evt. TRL so modifizieren, dass man 
die Leitungen nochmal gedreht misst und somit etwas mehr Unbekannte für 
das Gleichungssystem bekommt.

> könntest du noch ein paar Hints geben, wie du bei dir das adapter
> removal machst und wie du im externen Programm (selber geschrieben?
> Matlab?) die TRL/LRM-Kalibrierung machst?

Es gibt das scikit-rf als Python-Modul und das kann das alles. Es gibt 
sogar eine mTRL GUI in QT mit der man die Daten vom NWA auslesen und 
verarbeiten kann. Für die Datenverarbeitung und Analyse schreibe ich mir 
aber lieber ein kleines Script. Geht schneller, wenn man die Messung 
mehr als ein mal wiederholen muss/will.

Viele Grüße,
 Martin Laabs

Autor: Bernd B. (microwave-designer)
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... mein kleiner Beitrag: "lesen, lesen, lesen"

Engen

Hoer

Schiek et. al.

Wer sich nicht an die Vergangenheit erinnern kann, ist dazu verdammt, 
sie zu wiederholen.

Oder in diesem Zusammenhang: "Wer nicht sauber recherchiert, muss alles 
selbst erfinden."

Gruß

Bernd

Autor: Markus (Gast)
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Martin L. schrieb:
> dass man Mikrostreifenleitungen möglichst nicht vom Lötstoplack
> befreien soll

Wieso? Je nach Geometrie (Substrathöhe, Leiterbahnbreite usw.) fällt der 
Einfluß des Lötstoplacks mal größer, mal kleiner aus.
Aber insbesondere im Falle von Kalibrierplatinen hätte ich eine Platine 
komplett ohne Lack erwartet, weil Du damit einen möglicherweise 
streuenden Parameter eliminierst (Dicke des Lötstoplacks und e_r 
schwanken, je nach LP-Hersteller).

Autor: GHz-Nerd (Gast)
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Martin L. schrieb:
> und warum 100nF Kondensatoren zum Entkoppeln der DC für HF
> untauglich sind.

Und ich frage mich hingegen, wieso das so pauschal stimmen sollte...
Ich habe schon mehrmals 100 nF (oder andere "viel zu grosse" Werte) als 
DC Block in Bias-Tees verwendet, und zwar aus dem einfachen Grund, weil 
diese häufig ein viel gutmütigeres Breitbandverhalten aufweisen. Ich 
habe beobachtet, dass X5R Kondensatoren kaum oder sehr viel schwächere 
Resonanzeffekte (S21 Dips) als kleine NP0 Cs aufweisen (zumindest im 
Bereich 0.5 - 10 GHz). Der etwas höhere insertion loss kann ich in der 
Regel gut verkraften.

Autor: Gerhard H. (ghf)
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Dem kann ich nur zustimmen. Bei der Entwicklung dieses 10 
GBit-Glasfasermoduls war jemand steif der Meinung, dass 100 nF viel zu 
viel wären als Koppelkondensator für 10 GBit/s.
Es wurden dann 10n 0402 verbaut, etwas halbherzig. Das hat uns etwa 1 
Bitfehler pro Tag eingebracht, der völlig unerklärbar war und für die 
Kunden inakzeptabel. Das hat uns in einer kritischen Phase um einen 
guten Monat zurückgeworfen, weil jede Messung deutlich mehr als einen 
Tag gedauert hat.
Ja, man unterschätzt die Lauflänge der vorgeschriebenen Polynome.

Mit AVX 100n 0402 war der Fehler weg und der Frequenzgang glatt bis 20 
GHz.
Ja, das ist FR4 mit Direktsteckverbindern. Das Flexbändchen für den 
TO52-Laser ist Kapton. Das war ein größeres 
Electromagnetics-Simulationsprojekt.

Ich mag ein etwas sumpfiges Substrat und nicht so supertolle 
Kondensatoren, wenn es nicht gerade um Filter oder rauscharme 
Verstärkereingänge geht.

Und für VCC-Entkopplung ist ein dünnes Prepreg viel wichtiger. Bei einem
BGA mit 16 GBit-Transceivern kommt man eh nicht richtig an die 
Versorgungspins.

Mit 2.4 / 3.5 mm kann jeder ;-)

Gruß, Gerhard

Danke für den Pointer auf scikit-rf!

: Bearbeitet durch User
Autor: Martin L. (mla)
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Hallo,

Markus schrieb:
> Martin L. schrieb:
>> dass man Mikrostreifenleitungen möglichst nicht vom Lötstoplack
>> befreien soll
>
> Wieso? Je nach Geometrie (Substrathöhe, Leiterbahnbreite usw.) fällt der
> Einfluß des Lötstoplacks mal größer, mal kleiner aus.
> Aber insbesondere im Falle von Kalibrierplatinen hätte ich eine Platine
> komplett ohne Lack erwartet, weil Du damit einen möglicherweise
> streuenden Parameter eliminierst (Dicke des Lötstoplacks und e_r
> schwanken, je nach LP-Hersteller).

Die Dicke ist relativ konstant, das Epsilon_r auch. Ich habe mal einen 
Plot von einer Mikrostreifenleitung (17mm) mit und ohne Lötstoplack 
angehängt. Wer die richtige Erklärung hat bekommt von mir einen Keks. Zu 
höheren Frequenzen wird das Problem noch wesentlich gravierender und man 
bekommt auch zusätzliche Dispersion.

Ansonsten empfehle ich zur Thematik noch dieses Paper:

Measurement of PCB Surface Finishes for Substrate Characterization up to 
67 GHz (Patrick Seiler, Dirk Plettemeier, Technische Universität 
Dresden, Germany)

Viele Grüße,
 Martin Laabs

Beitrag #5524693 wurde vom Autor gelöscht.
Autor: Martin L. (mla)
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Hallo GHz-Nerd,

GHz-Nerd schrieb:
> Martin L. schrieb:
>> und warum 100nF Kondensatoren zum Entkoppeln der DC für HF
>> untauglich sind.
>
> Und ich frage mich hingegen, wieso das so pauschal stimmen sollte...
> Ich habe schon mehrmals 100 nF (oder andere "viel zu grosse" Werte) als
> DC Block in Bias-Tees verwendet

Ich meine das Entkoppeln der Versorgungsspannung. Nicht 
Koppelkondensatoren für ein Bias-Tee.

Ich habe eine Messung angehängt. 100nF in Shunt-Konfiguration vs. einen 
100nF 3-Terminal-Kondensator. Wenn es z.B. beim Kaskadieren von 
Verstärkern darum geht die Rückkopplung über die Versorgung zu vermeiden 
wäre meine Wahl der Entkopplung jedenfalls nicht der 100nF Kondensator.

Viele Grüße,
 Martin Laabs

Autor: GHz-Nerd (Gast)
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Hallo Martin

cool!, vielen Dank für die Plots!
Das sind die einfachen aber sehr wichtigen Messungen, die ich mir immer 
wieder vornehme systematisch durchzuführen, aber mangels Zeit und 
Mitivation dann doch zu selten durchziehe... :)

Autor: Bernd B. (microwave-designer)
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Martin L. schrieb:
> Wer die richtige Erklärung hat bekommt von mir einen Keks.

Hallo Martin, mir ist nicht ganz klar, was Deine Plots ausdrücken. Die 
Parameter für Substrat, Leiterbreite, t, h, Material, usw. habe ich 
nicht gefunden. Als erste Idee würde ich sagen, dass Du den 
Wellenwiderstand nicht richtig getroffen hast. Jetzt Schlüsse daraus zu 
ziehen, dass mit Lötstoplack alles besser ist, wäre aus meiner Sicht 
etwas vorschnell.

Auch kenne ich Deinen Messaufbau nicht. Gehst Du vom Kabel direkt auch 
die Leiterplatte, wie hast Du gelötet, hast Du 2nd-tier Kalibreirung 
gemacht, stimmt Dein Kalibrierabschluss?

Guckmal: Bei einem reziproken Bauteile sollten doch S11 und S22 auch 
gleich aussehen. Also liegt der Schluss nahe, dass man mit der Meßkurve 
den Bereich der Kalibriergenauigkeit (Mechanik, Elektrik, Mathe) 
erreicht. Bei 2.1 und bei 3.2GHz schaltet doch etwas in der 
Transmission. Und warum ist das bei den Anpassungen nicht zu finden? 
Zusammengefasst: Wer viel misst, misst Mist und Augen auf bei der 
Interpretation der Messergebnisse.

Da sind viele Fragen, die Du nicht unbedingt beantworten musst, die 
andere "ungeübte" Foristen vielleicht zum Nachdenken bewegen.

Ach ja, abgesehen von den "nur" 5GHz, ich habe auf meinen Leiterbahnen 
auch etwas drauf, das nennt sich Gold und nicht son Plastikzeugs.

Noch ein Wort: Wenn Du die Fehlerkorrektur selber programmiert hast, 
wenn Du das Meßgerät selbst gebaut hast oder auch nur selbst zum Hobby 
betreibst "Hut ab, gut!".


Gruß

Bernd

Autor: Martin L. (mla)
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Hallo Bernd,

Bernd B. schrieb:

> Hallo Martin, mir ist nicht ganz klar, was Deine Plots ausdrücken. Die
> Parameter für Substrat, Leiterbreite, t, h, Material, usw. habe ich
> nicht gefunden. Als erste Idee würde ich sagen, dass Du den
> Wellenwiderstand nicht richtig getroffen hast.

Hmm? S11/S22 < -30dB ist schon verdammt nah an perfekt.

> Auch kenne ich Deinen Messaufbau nicht. Gehst Du vom Kabel direkt auch
> die Leiterplatte, wie hast Du gelötet, hast Du 2nd-tier Kalibreirung
> gemacht, stimmt Dein Kalibrierabschluss?

Das ist wirklich nur die Leitung. 17mm Mikrostreifenleitung auf FR4 - 
einmal mit und einmal ohne Lötstoplack. Ich hab mit TRL die Stecker mit 
in die Kalibrierung genommen.


> Guckmal: Bei einem reziproken Bauteile sollten doch S11 und S22 auch
> gleich aussehen.

Nein - das stimmt nicht. Bei reziproken Bauteilen ist S12==S21. S11 und 
S22 können durchaus unterschiedlich sein. Bei einer symmetrischen 
Leitung sollten allerdings auch S11==S22 sein.

> Also liegt der Schluss nahe, dass man mit der Meßkurve
> den Bereich der Kalibriergenauigkeit (Mechanik, Elektrik, Mathe)
> erreicht.

Also für mich sieht S11 == S22 aus. Ich kann bei Gelegenheit mal die 
Differenz plotten - aber es würde mich wundern wenn die >0.5dB ist.

> Bei 2.1 und bei 3.2GHz schaltet doch etwas in der
> Transmission. Und warum ist das bei den Anpassungen nicht zu finden?

Naja - Wenn man beim hunderstel dB in der Transmission schaut findet man 
irgendwann immer Diskontinuitäten. Die Ursache hier ist die nicht 
100%ige Reproduzierbarkeit der Stecker auf der Platine. Da TRL 
verschieden lange Leitungen braucht und ich Edge-Mount SMA Konntektoren 
verwendet habe ist die Platine gestuft. Und bei Fräsen von der Platine 
gibt es einen kleinen Versatz in der PCB-Kante zu der MS-Leitung. Das 
sind <50um aber es macht sich eben im hundertstel dB doch noch 
bemerkbar.

> Ach ja, abgesehen von den "nur" 5GHz, ich habe auf meinen Leiterbahnen
> auch etwas drauf, das nennt sich Gold und nicht son Plastikzeugs.

Gold ist kein Problem. Aber Gold hat die Eigenschaft unlötbare 
intermetallische Verbindungen mit dem Kupfer einzugehen. Je nach 
Temperatur schneller oder langsamer. Daher braucht man eine 
Diffusionssperre und dafür benutzt man Nickel. Das wird "stromlos" bzw. 
autokatalytisch auf die bereits strukturierte Leiterplatte abgeschieden 
und dafür braucht man ein Reduktionsmittel. Als 
Stromquelle/Elektronenlieferant wird dabei fast immer 
Natrium-Hypophosphit eingesetzt. Somit scheidet man neben Nickel auch 
Phosphor ab. Und je nach Phosphoranteil im Nickel bekommt man in dieser 
Schicht unterschiedliche magnetische Eigenschaften. Mit einem 
Phosphoranteil <12% wird diese Schicht paramagnetisch. Und die 
Permeablilität ist Frequenzabhängig. Außerdem ist Nickel im Vergleich zu 
Kupfer/Gold ein schlechter Leiter.
Das Gold wird nur durch Ionenaustausch (immersion Gold) aufgebracht. 
Sobald alle Ni-Atome an der Oberfläche durch Au ersetzt sind hört der 
Prozess auf. Somit bekommt man Goldschichten in der Größenordnung von 
100nm. Die Nickelschicht ist jedoch mit typischerweise 2-5um wesentlich 
dicker. Der Strom (Skinneffekt) fließt also zum großen Teil im Nickel. 
Auf der Unterseite der Leiterbahn ist aber kein Nickel - daher ist die 
Stromdichte nicht so einfach zu modellieren.

Viele Grüße,
 Martin Laabs

Autor: Bernd B. (microwave-designer)
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Hallo Martin,

ich stelle fest, wir haben einige Gemeinsamkeiten. Und ich will Dir gar 
nicht widersprechen, da Du sachlich richtig liegst.

Eben hatte ich eine schönen langen Text geschrieben, den ich leider bei 
der Eingabe gelöscht habe und ich nicht weiß wie man ihn in IE wieder 
rekonstruiert.

Ich habe mir für meine Kalibrierungen ein kleines Aluteil fräsen lassen, 
das ich in der Mitte zerlegen und ein Zwischenteil einsetzen kann. Damit 
umgehe ich die Probleme mit den SMA-Steckern und der 
Wiederholgenauigkeit.

Zum Kalibrieren kann man dann unterschiedliche Leitungen einsetzen und 
so weiter. Das erfordert jedoch die berühmte 2-tier Kalibrierung. Bei HP 
findet man in alten Schriften eine Beschreibung dazu. Ich meine zum 
Aluteil. Ich habe nur nachgebaut. ... die Kontakte stellt man mit 
Leitsilber und kleinen Plättchen her...

... jetzt habe ich hier einen Blockierer, der erste Text war viel 
geschmeidiger und von den Inhalten viel besser strukturiert!

Also, wenn Du die Anpassung misst, dann beziehst Du alles auf Deine 
Kalibrier-Load. Miss doch einfach ohne Steckerlösen oder Kabelbiegen 
zwei mal S11 und subtrahiere die Verläufe (vektoriell) in Deinem 
Rechner. Bei guten Messgeräten liegst Du schnell bei -95dB oder sogar 
besser -105dB (also S11A minus S11B). auch kannst Du S21 zweimal messen: 
S21A minus S21B. Bei guten Geräten wieder... liegst Du bei 0.01dB bis 
0.001dB. Aber das must Du auf dem Rechner und nicht im Gerät machen.

Bist Du sicher, dass die Knicke in S21 nicht durch Umschalten herrühren?

Dann hatte ich noch etwas zu den Leitungen geschrieben. Ich vergolde die 
Leitungen, weil Mikrowellentechnik teuer ist. Der Kunde möchte etwas für 
sein Geld sehen. Aber ich lege keinen Lötstoplack drauf und halte die 
Kanten frei. Der Lack kann Wasser aufnehmen und so weiter. Auch ist dann 
die Impedanz nicht mehr so wie sie sein soll. Hast Du schon einmal mit 
RO4003 oder den Nachfolgern gearbeitet? Die Leiterplattenherstellen 
können damit gut umgehen und sind nicht viel teurer. Dafür ist das 
Material maßhaltiger und vom Epsilon besser (Verluste), im Vergleich zu 
FR4.

Mich würden noch Deine Werte für die 50 Ohm Leitung interessieren. Ich 
würde sie einmal mit meinen Rechenergebnissen mittels der ursprünglichen 
Gleichungen von Hammerstad und Jensen vergleichen. (hier war der Unfall)

Wir könnten die Diskussion fortsetzen, wenn Du magst.

Erst einmal Gruß

Bernd

Autor: Martin L. (mla)
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Hallo,

> Ich habe mir für meine Kalibrierungen ein kleines Aluteil fräsen lassen,
> das ich in der Mitte zerlegen und ein Zwischenteil einsetzen kann. Damit
> umgehe ich die Probleme mit den SMA-Steckern und der
> Wiederholgenauigkeit.

Wir haben was ähnliches. Da kann man die Leitungen reinklemmen. Ist aber 
zu prfriemelig und ich mag es nicht. Wenn ich etwas über 10GHz genauer 
messen will/muss mache ich das lieber auf dem Waferprober.

> Also, wenn Du die Anpassung misst, dann beziehst Du alles auf Deine
> Kalibrier-Load.

Nicht bei TRL. Dort ist die Referenzimpedanz die Leitungsimpedanz vom 
Thru/Line. Daher ist eine genaue Aussage über die absolute Impedanz 
nicht möglich. Ich habe aber noch einen 50Ohm Abschluss auf der PCB. 
Wenn ich den Widerstand mal bei DC messe und bei niedrigen Frequenzen 
den Widerstand als LR Serienschaltung approximiere könnte man die 
tatsächliche Impedanz abschätzen.

> Miss doch einfach ohne Steckerlösen oder Kabelbiegen
> zwei mal S11 und subtrahiere die Verläufe (vektoriell) in Deinem
> Rechner. Bei guten Messgeräten liegst Du schnell bei -95dB oder sogar
> besser -105dB (also S11A minus S11B).

Ja. Das stimmt. Aber was hat das für eine Aussagekraft? Viel 
interessanter sind ja die Messungen wenn man die Stecker neu anschraubt 
bzw. die Probes neu positioniert. Das ist doch das richtige Maß für die 
Messgenauigkeit.

> Bist Du sicher, dass die Knicke in S21 nicht durch Umschalten herrühren?

In den Rohdaten sieht man einen Knick bei 4GHz wo offenbar der 
Richtkoppler oder Generator oder irgendwas anderes umgeschaltet wird. 
Bei den niedrigen Frequenzen sieht man dort nichts. Allerdings kann ich 
es nicht mit Garantie sagen, da man diese kleinen Abweichungen in den 
Rohdaten gar nicht erkennen kann. Bei einem Umschalten würde ich 
erwarten, dass es bei einer Frequenz einen Sprung gibt und nicht, dass 
es in einem Frequenzbereich zu höherem Rauschen kommt. Könnte auch eine 
Einkopplung von Störungen während der Messung sein.

> Dann hatte ich noch etwas zu den Leitungen geschrieben. Ich vergolde die
> Leitungen, weil Mikrowellentechnik teuer ist. Der Kunde möchte etwas für
> sein Geld sehen.

Die Frage ist dann, was unter dem Gold ist. Cu mit Au direkt ist für die 
Langzeitstabilität nicht gut. Cu, Ni, Au ist für die HF nicht gut. 
ENEPIG auch nicht. Bleibt noch Silber/Gold und EPIG (autokatalytisch 
Paladium und Gold). Die Messung mit dem Paladium/Gold zeigen bei uns ein 
inkonsistentes Bild. Bleibt noch das Silber/Gold was es leider nur noch 
als immersion Silber/immersion Gold gibt. Das ist zwar super für die HF, 
lässt sich aber nur in einem sehr engem Prozessfenster bonden.
Chemisch Zinn soll angeblich auch gute HF-Ergebnisse zeigen. Aber da 
habe ich keine Erfahrung weil sich das gar nicht bonden lässt.

> Aber ich lege keinen Lötstoplack drauf und halte die
> Kanten frei. Der Lack kann Wasser aufnehmen und so weiter. Auch ist dann
> die Impedanz nicht mehr so wie sie sein soll.

Hast Du mal gemessen wie stark der Effekt wirklich ist? Ich würde 
vermuten, dass das in der Toleranz der Leiterbahnen und vom FR4 
untergeht.
Ansonsten stecke ich die Platine mal für einen Tag ins Wasser und messe 
dann noch mal.


> Hast Du schon einmal mit
> RO4003 oder den Nachfolgern gearbeitet? Die Leiterplattenherstellen
> können damit gut umgehen und sind nicht viel teurer.

Im Vergleich mit FR4-Pooling ist das schon signifikant teurer. Selbst 
der HF-Pool von Eurocircuits kostet etwas das doppelte.
Aber ja - wenn es kein Spaßprojekt ist benutze ich eines der 
HF-Materialien ab 3GHz. Da uns die neue Lieferpolitik von Rogers 
missfällt nutzen wir vermehrt ISOLA HF-Materialien. Die sind - vor allem 
wegen der geringen Cu-Rauhigkeit wirklich gut. KFZ-Radar usw. sind damit 
kein Problem.

> Mich würden noch Deine Werte für die 50 Ohm Leitung interessieren. Ich
> würde sie einmal mit meinen Rechenergebnissen mittels der ursprünglichen
> Gleichungen von Hammerstad und Jensen vergleichen.

Ich lade das Layout die Tage mal hoch. Die Design-Parameter sind
H=381um, T=30um Cu, epsilon_r=4.4 @ 2GHz, tand=0.0171 ==> W=0.71mm, 
L(2.4GHz, 90°)=17.2mm

Tatsächlich gemessen ist das epsilon_r aber ein bisschen geringer.

Viele Grüße,
 Martin Laabs

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Bernd B. schrieb:
> Ich habe mir für meine Kalibrierungen ein kleines Aluteil fräsen lassen,
> das ich in der Mitte zerlegen und ein Zwischenteil einsetzen kann. Damit
> umgehe ich die Probleme mit den SMA-Steckern und der
> Wiederholgenauigkeit.
>
> Zum Kalibrieren kann man dann unterschiedliche Leitungen einsetzen und
> so weiter.

interessant, interessant. Kannst du zu dem Aluteil noch bisschen etwas 
sagen? wie geht das mit 'unterschiedliche Leitungen einsetzen'?

Autor: Bernd B. (microwave-designer)
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Tobias,

... nur für Dich die Bilder!

Sonst bitte keine Kommentare, das Substrat befindet sich auf einem 
soliden Messingblock, die Buchsen sind teuer und die Ideen umfangreich.

Gruß

Bernd

Autor: Bernd B. (microwave-designer)
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Hallo Martin,

ich habe Deine Daten einmal eingegeben. Die Rauhigkeit fehlt noch, aber 
bei 2 GHz kann man sicher drüber hinweg sehen.

Mich wundert es, dass ihr mit so dickem Cu arbeitet. 17um reichen doch.

Die Wellenlänge kannst Du sicher durch Dreisatz auf 2.4 GHz umsetzen: 
Lambdaviertel zu 17.3175mm

Auch habe ich einmal gegoogled und Dich gefunden, sofern Du eine Menge 
chinesischer Kollegen hast.

Die Leiterplatten lass ich nicht mehr im Pool fertigen. Auch stelle ich 
kein HF-Substrat mehr bei. Das macht die Leiterplattenfirma in Hangzhou 
selbst und bekommt bessere Konditionen. Vielleicht helfen Dir Deine 
Kollegen bei der Abwicklung. Bezahlung läuft per Kreditkarte und 
"Normalservice" verzögert sich auf bis zu 3 Wochen ab Auftragsannahme. 
Dafür bezahle ich für meine kleinen Stückzahlen wenigerals EUR 200,00 
pro Batch.

So, die nächste Zeit ist bei mir die Zeit knapp.

Gruß

Bernd

Autor: Gerhard H. (ghf)
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Jetzt müsste ich nur noch wissen, wie ich an die Firma drankomme.

:-) Gerhard

Autor: Markus (Gast)
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Martin, gibt es zu Wochenbeginn die Auflösung? Mir ist es ein Rätsel, 
warum sich bei Verwendung von Lötstopplack eine höhere Reflexion 
einstellt.
Ätzt Ihr die Platinen eigentlich bei Euch selbst im Institut?

Autor: Martin L. (mla)
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Hallo,

> Martin, gibt es zu Wochenbeginn die Auflösung? Mir ist es ein Rätsel,
> warum sich bei Verwendung von Lötstopplack eine höhere Reflexion
> einstellt.

Die Anpassung ändert sich ja nur marginal. Das liegt einerseits an dem 
geänderten effektiven Epsilon_r da ja nun der Lötstoplack fehlt.

Viel wichtiger ist aber, dass die Goldoberfläche erst nach dem 
Lötstoplack aufgebracht wird. Überall wo Lötstoplack ist, besteht die 
Leiterbahn aus Kupfer. Dort wo kein Lötstoplack ist, ist auf dem Kupfer 
eine ~4um dicke Nickelschicht auf der ~100nm Gold ist.
Nickel ist - jedenfalls mit dem Phosphorgehalt (siehe Beitrag weiter 
oben) - ferromagnetisch und somit bekommt man noch den 
(frequenzabhängigen) mu_r Anteil in die Impedanz.
Außerdem ist Nickel im Vergleich zu Kupfer/Gold ein schlechter Leiter. 
Daher steigen die Verluste, da kein kleiner Teil des Stroms jetzt durch 
das Nickel muss. Das Gold ist trotz Skinn-Effekt zu dünn.

Viele Grüße,
 Martin Laabs

Autor: Markus (Gast)
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Markus schrieb:
> warum sich bei Verwendung von Lötstopplack eine höhere Reflexion einstellt.
Korrektur: Gemäß den Diagrammen stellt sich mit Lötstopplack eine höhere 
Rückflußdämpfung resp. niedrigere Reflexion ein.

Nochmal zum Verständnis:
Leiterplatte 1: ohne Lötstopplack, vergoldet
Leiterplatte 2: mit Lötstopplack, nicht vergoldet
Leiterplatte 3: ohne Lötstopplack, nicht vergoldet
==> LP2 hat bessere Übertragungseigenschaften als LP1.
LP3 hätte nahezu identische Eigenschaften wie LP2.

Ist das so richtig?

Autor: Bernd B. (microwave-designer)
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Martin L. schrieb:
> dass die Goldoberfläche erst nach dem
> Lötstoplack aufgebracht wird.

Hallo Martin,

bei uns befindet sich auch unter dem Lötstoplack Gold. D. h. erst wird 
vergoldet, dann der Lötstoplack aufgetragen.

Ich erkenne immer mehr, dass sich unsere Arbeitstechniken und 
-materialen unterscheiden und ich wohl im Augenblick hier nichts mehr 
beitragen kann.

Daher verabschiede ich mich aus der Runde.

Gruß an alle!

Bernd

Autor: Martin L. (mla)
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Hallo,

Bernd B. schrieb:
> Martin L. schrieb:

>> dass die Goldoberfläche erst nach dem
>> Lötstoplack aufgebracht wird.

> bei uns befindet sich auch unter dem Lötstoplack Gold. D. h. erst wird
> vergoldet, dann der Lötstoplack aufgetragen.


Das kenne ich nur als explizite Option. Weißt Du warum der 
PCB-Hersteller das so macht? Er braucht dann ja mehr Nickel und mehr 
Gold.

Viele Grüße,
 Martin

Autor: Viktor (Gast)
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Norbert schrieb:
> Gibt es diese vereinfachte Kalibrierung? Und falls ja, welche typischen
> NVAs ermöglichen diese Art von vereinfachter Kalibrierung?
Wenn es einfach sein soll, nimmt man das elektronische Cal-Kit...
Die Überlegung, welche Kalibrierung ich weglassen könnte, dauert länger 
als das paar Mal umschrauben und auf 'weiter' klicken im 
Calibration-Wirzard.


Test schrieb:
> Ja selbst dann muss ich doch schauen, dass mein GND möglichst gut
> mitkommt. Ansonsten misst man doch nur Mist. Das wird ja einen riesen
> Schleife wenn der Rückstrom völlig anderst (innerhalb des VNA) fließt
> als Hinstrom (durch das Bauteil). Oder sehe ich das falsch?
Sehe ich auch so. Daher hab ich mal gemessen.

Ich habe einen 10 nF Kondensator einmal im Gehäuse (mit geschlossenen 
Deckeln) und einmal mit GND-Rückführung über den VNA vermessen.
Zusammen mit dem 50 Ohm Abschluß ergibt das einen Hochpass (S21).

Mit Gehäuse ist dann auch alles so, wie man das erwartet (rote Kurve).
Wenn man das Gehäuse weglässt, dann funktioniert der Kondensator nur 
noch als Bandpass (blaue Kurve).

Bei höheren Frequenzen sieht das alles noch viel wilder aus...

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