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Forum: HF, Funk und Felder RF-Transmitter, Matching charakterisieren mit NWA


Autor: RF-Neuling (Gast)
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Hi,

ich möchte gerne einen kleinen RF-Transmitter (+10dbm, 433 MHz) an eine 
Antenne anpassen, die keine 50 Ohm (25 - j10) hat und das Vorgehen 
vorher verstehen. Der Transmitter hat laut Datenblatt eine optimale 
Ausgangsimpedanz von 60 bis 125 Ohm. Nun kann ich durch die veränderte 
Antennenimpedanz das Referenz-Design nur von der Art übernehmen und muss 
meine Werte selbst finden. Die Werte würde ich mit einem 
Smith-Diagramm-Tool ermitteln. Allerdings machen mir die parasitären 
Effekte (Leitungskapazität, etc.) und die Abweichung der Bauteile 
sorgen, die ja mein Matching-Netzwerk verstimmen. Wie geh ich vor, um 
die maximale Ausgangsleistung zu erhalten. Ich möchte eigentlich keine 
veränderlichen Kapazitäten verwenden. Ach, ich könnte auf einen 
Spektrum- und einen Netzwerk-Analysator zurückgreifen.

Folgende Probleme habe ich:

-Ich messe die Ausgangsleistung an der Antennenbuchse direkte mit dem 
Spektrum-Analysator und versuche die Bauteile zu tauschen, damit die 
Ausgangsleistung maximal wird. Das ist aber nur begrenzt sinnvoll, da 
mein Ausgangswiderstand durch die Antenne keine 50 Ohm ist und es so zu 
Reflexionen bei dem SA kommt. Ich messe also eine andere Leistung als 
die Antenne abstrahlen würde. Irgendwie nicht sinnvoll…

-Kann ich irgendwie mit dem Netzwerkanalysator die S-Parameter oder die 
Ausgangsimpedanz von dem RF-Transmitter und dem Matching-Netzwerk 
sinnvoll bestimmen, um diese mit der Theorie zu vergleichen? Kann ich 
mit dem Netzwerkanalysator in den RF-Transmitter hinein messen oder 
nimmt dieser dabei Schaden? Außerdem wären die Messungen, wie die 
Impedanz ja sicher verfälscht, wenn der RF-Transmitter auf der 
Sendefrequenz zusätzlich ein Signal generiert. Bei abgeschaltetem Sender 
wären die Messungen ja sicher auch nicht sinnvoll, da sich die 
Ausgangsimpedanz des Transmitters dann ja unterscheidet. Wie mache ich 
es richtig?

Könnt ihr mir das passende Vorgehen erklären. Ach, ich möchte bei diesem 
Projekt das korrekte Vorgehen lernen und nicht unbedingt durch probieren 
an das Ziel gelangen.

Danke an alle die helfen.

Autor: nachtmix (Gast)
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Willst du das Ausgangsnetzwerk des Senders selbst verändern, oder 
zwischen den Sender und die Antenne ein Anpassnetzwerk schalten?

Im ersten Fall möchte ich dich vor der Gefahr warnen dadurch die 
Oberwellenunterdrückung zu verschlechtern.

Im zweiten Fall kann man evtl. schon mit der Länge der Antennenzuleitung 
etwas machen. Ein Stehwellenmessgerät ist dabei eine wohlfeile Hilfe.
Sonst eben eine Matchbox am Antennenseitigen Ende der Speiseleitung.
Der richtige Weg hängt aber auch von der Länge bzw. den Verlusten der 
Antennenzuleitung ab.

Da HF-Endstufen oftmals nicht linear sind, kann der Weg über die 
S-Parameter zwar eine Orientierung sein, aber am Schluss braucht man 
evtl. doch eine Abgleichmöglichkeit.

Autor: RF-Neuling (Gast)
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Danke für die Antwort...

nachtmix schrieb:
> Willst du das Ausgangsnetzwerk des Senders selbst verändern, oder
> zwischen den Sender und die Antenne ein Anpassnetzwerk schalten?

Ich will ein Anpassnetzwerk selber auslegen und mich dabei an dem 
ReferenzDesign des Herstellers orientieren.

nachtmix schrieb:
> Im ersten Fall möchte ich dich vor der Gefahr warnen dadurch die
> Oberwellenunterdrückung zu verschlechtern.

Klar, das Filter zur Unterdrückung der Oberwellen muss natürlich 
ebenfalls angepasst werden.

nachtmix schrieb:
> Da HF-Endstufen oftmals nicht linear sind, kann der Weg über die
> S-Parameter zwar eine Orientierung sein, aber am Schluss braucht man
> evtl. doch eine Abgleichmöglichkeit.

Ja, die Endstufe des Transmitters ist nichtlinear, weil diese eine 
opendrain Schaltung ist. Dementsprechend muss der Oberwellenfilter und 
der Schwingkreis angepasst werden. Einen Antennentuner habe ich nicht, 
aber einen NWA. Der kann ja Impedanzen und S-Parameter bestimmen. Wie 
machen ich das allerdings bei einer aktiven und nichtlinearen 
Sendeendstufe.

---------------------------------

Prinzipiell möchte ich nur ein paar Tipps, wie ich den NWA vernünftig 
für die Charakterisierung meines veränderten Anpassnetzwerks für den 
Sender verwenden kann. Ich kann natürlich den Transmitter abkoppeln und 
das Netzwerk für sich charakterisieren. Aber eine zufriedenstellende 
Lösung ist es in meinen Augen nicht. Da muss es doch einen besseren Weg 
geben.

Autor: nachtmix (Gast)
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RF-Neuling schrieb:
> Der Transmitter hat laut Datenblatt eine optimale
> Ausgangsimpedanz von 60 bis 125 Ohm.

Das ist natürlich zu ungenau, wenn du maximale Ausgangsleistung 
anstrebst.

RF-Neuling schrieb:
> Ja, die Endstufe des Transmitters ist nichtlinear, weil diese eine
> opendrain Schaltung ist.

Nicht deshalb, sondern weil Endstufentransistoren oder -Röhren 
gewöhnlich nicht im linearen Teil der Kennlinie betrieben werden, 
sondern möglichst als Schalter arbeiten. Im Idealfall ist die 
Verlustleistung am Schalter ja Null.
Weil man zutreffende Werte also nur bei einer in Betrieb befindlichen 
Endstufe bekommt, kannst du auch nicht ohne weiteres in den Ausgang 
hineinmessen ohne dabei den VNA zu zerstören.
Besser nimmt man ein variables Anpassungsnetzwerk und bestimmt damit die 
Impedanz für maximale Ausgangsleistung.
Als grobe Näherung kann man R_load = U²_batt / 2 P_out annehmen.

Wenn du die passende Ausgangsimpedanz des Transistors bestimmt hast, 
kannst du mit Hilfe des Smith-Diagramms das Anpassnetztwerk für deine 
Antenne designen.
Dabei achtet man darauf, dass die Betriebsgüte nicht zu hoch und nicht 
zu niedrig wird, sondern etwa zwischen 5 und 8 liegt. 6,5 ist ein guter 
Wert.
Zu niedrige Werte haben eine schlechte Oberwellenunterdrückung zur Folge 
und zu hohe Werte verschlechern den Wirkungsgrad, weil sie dem 
Ausgangstransistor die Sinusform aufzwingen.

Autor: Christoph db1uq K. (christoph_kessler)
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"variables Anpassungsnetzwerk"
Beitrag "Re: Impedanz Messung von einem Microstrip-Modul für die Anpassung der Antenne!"
Da hatte ich dafür das Stichwort "Stub-tuner" gefunden.

Autor: nachtmix (Gast)
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Christoph db1uq K. schrieb:
> Da hatte ich dafür das Stichwort "Stub-tuner" gefunden.

"Triple Stub Tuner" wäre das richtige Instrument gewesen und das hätte 
ich auch schreiben können, aber ich wollte den TE nicht überfordern.
Ich weiss ja auch nicht, was der in der Bastelkiste hat.
Erstaunlich schon, dass er einen VNA besitzt.

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