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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: Jetzt ist G. (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_d...

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: Jetzt ist G. (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.

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