mikrocontroller.net

Forum: HF, Funk und Felder Ports von VNA


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
Autor: Jo T. (j_thalbach)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi,

ein Vector Network Analyser verfügt typischerweise über zwei Ports. 
Frage: sind die beiden intern identisch aufgebaut?

Jo

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Du hast immer einen Generator und einen Detektor.

Einfache VNWAs haben diese Ports fest zugewiesen, aufwändigere haben 
Kreuzschalter, sodass sie beide Ports beliebig zuordnen können.

Autor: Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
3 lesenswert
nicht lesenswert
Etwas präziser: Es gibt bei den neuzeitlichen professionellen Geräten 
bei zwei Ports drei Architekturen (abgesehen von historischen Ansätzen 
wie 6-Port-Reflektometer, Messbrücken, etc.):

1. Der Transmission-Reflection-VNA (T/R-VNA): Ein Richtkoppler an Port 1 
und drei Empfänger; einer für die vom DUT in Port 1 reflektierte Welle, 
einer für die nach Port 2 transmittierte Welle, und einer für den 
Referenzkanal, also die aus Port 1 in das DUT einfallende Welle. Einen 
Umschalter gibt es nicht. Damit lässt sich nicht die volle S-Matrix 
messen, sondern nur S_11 und S_21. Beispiele sind der HP 8752 oder die 
HP 87811/8712/8713/8714 in der Grundversion.

2. Der Dreikanal-VNA: Es gibt jeweils einen Richtkoppler pro Port und 
drei Empfänger; jeweils einen für die in Port 1 und 2 vom DUT 
reflektierte Welle, und die Quelle kann mit einem Umschalter auf jeweils 
einen Port geschaltet werden. Vor dem Umschalter wird der 
Referenzkanal ausgekoppelt und mit dem dritten Empfänger gemessen. 
Beispiele sind der HP 8753 oder R&S ZVCE.

Damit ist das Gerät symmetrisch aufgebaut was die beiden Ports betrifft, 
und es lässt sich die volle S-Matrix messen.

3. Der Vierkanal-VNA: Es gibt jeweils einen Richtkoppler pro Port wie 
beim Dreikanal-VNA, aber vier Empfänger; der Referenzkanal wird hinter 
dem Umschalter der Quelle jeweils für Port 1 und Port 2 getrennt 
ausgekoppelt und mit je einem Empfänger pro Port gemessen. Beispiele 
sind Keysight PNA, R&S ZVA/ZVB, ZNA, etc., praktisch alle modernen 
Spitzengeräte.

Warum vier Empfänger? Damit kann man z.B. das bekannte 
12-Term-Fehlerkorrekturmodell bei Verwendung einiger moderner und sehr 
nützlicher Kalibrierverfahren vollständig quantifizieren. Mit vier 
Empfängern lässt sich u.a. die in einen Port einfallende und 
gleichzeitig die reflektierte Welle messen, während der andere Port als 
Quelle geschaltet ist. Das braucht man in einigen Kalibrierverfahren 
(hat letztendlich damit zu tun, den Source Match Error (Matching-Fehler 
wenn der Port als Quelle geschaltet ist) und den Load Match Error 
(Matching-Fehler wenn der Port als Empfänger geschaltet ist) getrennt 
voneinander bestimmen zu können; die Mathematik dahinter ist aber etwas 
komplizierter). Solche Messungen sind Voraussetzung für 
Kalibrierverfahren wie TRL, LRL, TRM, TOM, TNA, UOSM, etc. Bei einem 
Dreikanal-VNA stehen diese nicht zur Verfügung (zumindest nicht ohne 
weiteres), und man ist auf die klassische 
Open-Short-Load-Thru-Kalibrierung zur Bestimmung des vollen 
Fehlermodells festgelegt.

Einige Hobby-Geräte leisten sich auch nur einen Empfänger mit einem 
dreifach-Umschalter davor. Dann lässt sich der Einfluss dieses Schalters 
nicht mehr herauskalibireren. Damit ist das Gerät streng genommen nicht 
kalibrierbar.

: Bearbeitet durch User
Autor: Tobias P. (hubertus)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mario H. schrieb:
> Solche Messungen sind Voraussetzung für Kalibrierverfahren wie TRL, LRL,
> TRM, TOM, TNA, UOSM, etc. Bei einem Dreikanal-VNA stehen diese nicht zur
> Verfügung (zumindest nicht ohne weiteres)

Danke, TOM kannte ich noch nicht. Wie geht das?

Autor: Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Tobias P. schrieb:
> Danke, TOM kannte ich noch nicht. Wie geht das?

Gute Frage, habe ich mir noch nie im Detail angesehen oder gemacht. Kenn 
sich hier jemand damit aus?

Man misst bei TOM an jedem Port einen Open- und einen Match-Standard, 
und einen Thru als Transmission-Standard. Das gibt für die 
1-Port-Standards vier unabhängige Parameter, plus den Thru in beide 
Richtungen, plus die beiden Switch Terms. Also insgesamt 8 unabhängige 
Parameter.

Wenn man die beiden Crosstalk-Fehler unter den Tisch fallen lässt, 
braucht man 10 Parameter, um das 12-Term-Fehlermodell zu quantifizieren, 
wovon 9 unabhängig sind. Irgendwie fehlt da etwas.

Es wäre interessant, sich die Mathematik dahinter mal genau anzusehen. 
Ich habe gerade ein paar Bücher gewälzt, die ich da habe, aber bin nicht 
wirklich fündig geworden. Das Manual meines VNA sagt auch nur, welche 
Knöpfe man drücken muss, schweigt sich zu weiteren Details aber 
weitgehend aus:

"A TOM (Through-Open-Match) calibration requires a low-reflection, 
low-loss through standard with an electrical length that may be 
different from zero, an open, and a match. The characteristics of all 
standards must be fully known; the match may have non-ideal 
characteristics."

Als Variante von TOM gibt es auch TSM. Außerdem scheint es auch ein 
TOM-X zu geben, das Crosstalk-Fehler berücksichtigt.

Zwei Paper zum Thema sind offenbar:

Eul, Schieck: A Generalized Theory and New Calibration Procedures for 
Network Analyzer Self Calibration. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 
39(4), 724-731 (1991).

Zhu, Chen: New algorithms of the TSM and TOM methods for calibrating 
microwave test fixtures. Microwave Opt. Tech. Lett. 34(1), 26-31 (2002).

Muss ich mal besorgen, wenn ich das nächste Mal bei der Uni-Bibliothek 
vorbeikomme.

: Bearbeitet durch User
Autor: Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mario H. schrieb:
> Man misst bei TOM an jedem Port einen Open- und einen Match-Standard,
> und einen Thru als Transmission-Standard. Das gibt für die
> 1-Port-Standards vier unabhängige Parameter, plus den Thru in beide
> Richtungen, plus die beiden Switch Terms. Also insgesamt 8 unabhängige
> Parameter.
>
> Wenn man die beiden Crosstalk-Fehler unter den Tisch fallen lässt,
> braucht man 10 Parameter, um das 12-Term-Fehlermodell zu quantifizieren,
> wovon 9 unabhängig sind. Irgendwie fehlt da etwas.

Mist, verzählt. Bei der Messung des Thru bekommt man natürlich vier 
Parameter. Plus zwei Switch Terms, und die vier Parameter durch die 
Messung der 1-Port-Stnadards. Also insgesamt 10 Parameter. D.h. 
ausreichend, um das Fehlermodell zu quantifizieren.

Autor: Tobias P. (hubertus)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja die Mathematik dazu mal zu sehen, wär schon spannend. Aber schon bei 
TRL muss man ein wenig suchen, um sie zu finden, während SOLT ja recht 
straightforward ist.
Dann gäbs noch Unknown Thru (ist das UOSM? das wird beim R&S ZVA40 
angeboten, habe ich aber auch noch nie genutzt).
Im Buch von Ferrero wärs vielleicht beschrieben, habe aber keines davon 
da.

Autor: Eric (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Tobias P. schrieb:
> Aber schon bei
> TRL muss man ein wenig suchen, um sie zu finden

könnteste Du bitte den/die Links dazu einmal posten?

Tobias P. schrieb:
> Dann gäbs noch Unknown Thru

da gibt es hier etwas:
http://na.support.keysight.com/pna/help/latest/S3_Cals/Calibration_THRU_Methods.htm
http://www.ursi.org/proceedings/procGA14/papers/ursi_paper2441.pdf

Ich nutze Unknown Thru häufig bei meinem PicoVNA

Tobias P. schrieb:
> Im Buch von Ferrero wärs vielleicht beschrieben

Hättest Du bitte den genauen Titel

Eric

Autor: Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Tobias P. schrieb:
> Dann gäbs noch Unknown Thru (ist das UOSM? das wird beim R&S ZVA40
> angeboten, habe ich aber auch noch nie genutzt).

Ja, das ist Unknown Thru (heißt bei Keysight RSOLT, glaube ich). Ich 
nehme das recht oft, da es die Chance hat, marginal genauer zu sein als 
TOSM, denn vom Thru wird nur vorausgesetzt, dass es reziprok ist. 
Außerdem kann man in vielen Fällen das DUT als Thru nehmen, wenn es 
nicht zu sehr dämpft, und damit die Anzahl der Verbindungen minimieren. 
Schont Material und geht schneller.

Nochmal zu TOM, soweit ich das mit den hier vorhandenen Informationen 
nachvollziehen konnte: Bei TOM werden die Kalibrierstandards als 
vollständig bekannt vorausgesetzt (d.h. mit Modell oder S-Parametern 
korrigiert). Das unterscheidet TOM von TRM, bei dem Thru ideal ist und 
Reflect (fast) beliebig sein kann. TRM kann man bekanntlich als 
Spezialfall von TRL behandeln (unendlich lange Leitung = Match). Wie TOM 
funktioniert, weiß ich nicht im Detail, ich kann nur vermuten. Ich muss 
mal die Literatur suchen und sichten, wenn ich in der Bibliothek bin.

Anbei mal ein Vergleich von TOM (orange und rote Kurve) und TOSM (grüne 
und blaue Kurve) eines 10 dB-Abschwächers bei moderaten Frequenzen. 
Beide Male mit demselben billigen Cal-Kit kalibriert, alles mit SMA 
(d.h. keine Präzisions-Stecker) verbunden und mit der Hand angezogen. 
TOM sieht etwas besser aus, aber das kann bei dem Aufbau Zufall sein. 
Jedenfalls spart man bei der Kalibrierung zwei Messungen und Steckzyklen 
ein -- sehr schön.

Eric schrieb:
> könnteste Du bitte den/die Links dazu einmal posten?

Na ja, das meiste Wissen zu dem Thema steht in eine Reihe von 
Zeitschriftenartikeln (im Kern geschätzte 100), ein Großteil davon in 
IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Zum Thema TRL:

Engen, G.F, Hoer, C.A.: "Thru-reflect-line": An improved technique for 
calibrating the dual six-port automatic network analyzer. IEEE Trans. 
Microwave Theory Tech. 27, 987–993 (1979).

Eine etwas vereinfachte Darstellung steht auch im Buch von Pozar; er 
nimmt an, dass die beiden Error-Boxen gleich sind, um die Notation 
lehrbuchgerecht zu halten. Aber Achtung: diese beiden Darstellungen 
beziehen sich auf das 8-Term-Fehlermodell und beinhalten die Annahme, 
dass die Load- und Source-Port-Match-Fehler gleich sind. Was die 
VNA-Firmware (zumindest bei vernünftigen Geräten) macht, ist 
komplizierter: Transformation auf das 10/12-Term-Modell unter 
Berücksichtigung weiterer Messungen.

Eric schrieb:
> Tobias P. schrieb:
>> Im Buch von Ferrero wärs vielleicht beschrieben
>
> Hättest Du bitte den genauen Titel

Das dürfte "Modern RF and Microwave Measurement Techniques" (Cambridge 
Univ. Press, 2013) sein. Kenne ich nicht aus eigener Anschauung. Vom 
Umfang und Inhaltsverzeichnis her würde es mich wundern, wenn es den 
nötigen Tiefgang hätte. Auch wenn Andrea Ferrero einer der Urheber von 
UOSM ist.

Autor: egonotto (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

vermutlich meint er:


Teppati, V., Ferrero, A., & Sayed, M. (Eds.). (2013). Modern RF and 
Microwave Measurement Techniques (The Cambridge RF and Microwave 
Engineering Series). Cambridge: Cambridge University Press. 
doi:10.1017/CBO9781139567626

MfG
egonotto

Autor: Tobias P. (hubertus)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Eric schrieb:
> Tobias P. schrieb:
>> Aber schon bei
>> TRL muss man ein wenig suchen, um sie zu finden
>
> könnteste Du bitte den/die Links dazu einmal posten?
>
> Tobias P. schrieb:
>> Dann gäbs noch Unknown Thru
>
> da gibt es hier etwas:
> 
http://na.support.keysight.com/pna/help/latest/S3_Cals/Calibration_THRU_Methods.htm
> http://www.ursi.org/proceedings/procGA14/papers/ursi_paper2441.pdf
>
> Ich nutze Unknown Thru häufig bei meinem PicoVNA
>
> Tobias P. schrieb:
>> Im Buch von Ferrero wärs vielleicht beschrieben
>
> Hättest Du bitte den genauen Titel
>
> Eric

Hi,
ich muss zugeben, dass ich keinen Link dazu habe. Die bisher einzige 
brauchbare beschreibung, die ich gefunden habe, ist in Pozar, "Microwave 
Engineering". SOLT habe ich hier

https://hb9fsx.ch/wordpress/index.php/2019/05/16/vna-calibration/

beschrieben und in Matlab mal selber nachvollzogen. Ich wollte das 
sowieso demnächst für TRL mal machen, weil ich das grad selber brauche 
;-) werde daher das Dokument mal noch updaten.

Mario H. schrieb:
> Engen, G.F, Hoer, C.A.: "Thru-reflect-line": An improved technique for
> calibrating the dual six-port automatic network analyzer. IEEE Trans.
> Microwave Theory Tech. 27, 987–993 (1979).

ja, das ist die übliche Referenz. Habe ich auch durchgelesen. Ist mir 
ein wenig zu abstrakt; es wird nicht genau erklärt, wie es genau 
funktionieren soll, nur dass es möglich ist. Super :-)

Mario H. schrieb:
> Eine etwas vereinfachte Darstellung steht auch im Buch von Pozar; er
> nimmt an, dass die beiden Error-Boxen gleich sind, um die Notation
> lehrbuchgerecht zu halten. Aber Achtung: diese beiden Darstellungen
> beziehen sich auf das 8-Term-Fehlermodell und beinhalten die Annahme,
> dass die Load- und Source-Port-Match-Fehler gleich sind. Was die
> VNA-Firmware (zumindest bei vernünftigen Geräten) macht, ist
> komplizierter: Transformation auf das 10/12-Term-Modell unter
> Berücksichtigung weiterer Messungen.

ja, leider macht er diese Vereinfachungen, welche in der Realität 
natürlich nicht akzeptabel sind. Daher muss man leider alles nochmal 
selber nachrechnen, was mir bis jetzt noch nicht im Detail gelungen ist.

Mario H. schrieb:
> Das dürfte "Modern RF and Microwave Measurement Techniques" (Cambridge
> Univ. Press, 2013) sein. Kenne ich nicht aus eigener Anschauung. Vom
> Umfang und Inhaltsverzeichnis her würde es mich wundern, wenn es den
> nötigen Tiefgang hätte. Auch wenn Andrea Ferrero einer der Urheber von
> UOSM ist.

Ganz genau dieses Buch meinte ich. Ich besitze es selber nicht, habe nur 
mal ein paar Seiten davon gesehen und hatte den Eindruck, es könnte 
brauchbar sein. Es werden viele Themen angesprochen, ebenso die 
Kalibrierung, welche meiner Meinung nach leider sonst oft etwas 
stiefmütterlich behandelt und mystifiziert wird :-(

Grüsse
Tobias

Autor: Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Tobias P. schrieb:
> ja, das ist die übliche Referenz. Habe ich auch durchgelesen. Ist mir
> ein wenig zu abstrakt; es wird nicht genau erklärt, wie es genau
> funktionieren soll, nur dass es möglich ist. Super :-)

Zur Ehrenrettung von Glenn Engen und Cletus Hoer muss man aber sagen, 
dass das Papier 40 Jahre alt ist. ;-) Die Jungs haben Pionierarbeit 
geleistet, und sind außerdem von einem Analyzer mit einem 
6-Port-Reflektometer ausgegangen, wo am Ende alles auf 
Leistungsmessungen zurückgeführt wird. Das dürfte nur noch von 
historischem Interesse sein. Implizit ist die TRL-Lösung aber 
aufgeführt, nur eben in einer heute wenig brauchbaren Form. :-)

Heute rechnet man das lieber mit T-Matrizen, so wie im Buch von Pozar.

> ja, leider macht er diese Vereinfachungen, welche in der Realität
> natürlich nicht akzeptabel sind. Daher muss man leider alles nochmal
> selber nachrechnen, was mir bis jetzt noch nicht im Detail gelungen ist.

Man muss unterscheiden zwischen den Annahmen, die das 
8-Term-Fehlermodell impliziert, und der Vereinfachung, die Pozar noch 
obendrauf packt.

Das 8-Term-Modell beinhaltet impliziet die Annahme, dass Source- und 
Load-Port-Match gleich sind. Daher kann man die Fehler mit Error-Boxen 
an jedem Port beschreiben. Auch Engen und Hoer arbeiten mit dieser 
Annahme, ohne es explizit zu sagen.

Pozar nimmt außerdem an, dass die beiden Error-Boxen gleich sind, wohl 
um die Notation abzuspecken. Das kann man aber sehr leicht 
verallgemeinern. Ich glaube, er nimmt auch an, dass der Thru ideal ist. 
Das nehmen übrigens viele an; die R&S-Analyzer können dem Thru zumindest 
eine elektrische Länge geben. Das sollte man bei Pozar auch leicht 
verallgemeinern können, wenn man es denn braucht.

Wenn man das implementiert hat, kann man die Einschränkung des 
8-Term-Modells versuchen loswerden. Dazu transformiert man das 
8-Term-Modell auf das 12-Term-Modell, wobei man die Crosstalk-Fehler 
zunächst vergessen kann (kann man sowieso in koaxialen Geometrien, das 
ist eher bei planaren Messungen interessant). Man hat also 10 komplexe 
Fehlerparameter.

Damit man die Transformation durchführen kann, muss man noch die beiden 
Switch Terms messen. Das machen die Analyzer normalerweise zusammen mit 
der Messung des Thru. Die Transformation ist z.B. im Buch von Dunsmore 
[1] beschrieben.

Ich glaube, man muss TRL in den Schritten

1. Messung der Standards und Lösung im 8-Term-Modell
2. Bestimmung der Switch Terms
3. Transformation der Fehler in das 10/12-Term-Modell
4. Korrektur der Messwerte im 10/12-Term-Modell

behandeln. So werden das auch die Analyzer intern handhaben. Das kann 
man auch softwaremäßig gut modularisieren und so mit überschaubarem 
Aufwand viele Kalibrierverfahren abdecken. Mir ist jedenfalls keine 
TRL-Lösung bekannt, die in natürlicher Weise innerhalb des 
12-Term-Modells lebt.

> Es werden viele Themen angesprochen, ebenso die
> Kalibrierung, welche meiner Meinung nach leider sonst oft etwas
> stiefmütterlich behandelt und mystifiziert wird :-(

Ich glaube, die Anzahl derjenigen, die das wirklich verstehen, ist auch 
recht überschaubar, daher mystifiziert man lieber. :-) Ist eben ein 
Spezialthema, das nie wirklich Eingang in die Lehrbuchliteratur gefunden 
hat.

Da ich öfter gefragt wurde, hatte ich zu dem Thema mal ein Elaborat auf 
meine Homepage gepackt, allerdings ohne explizite Formeln (am Ende habe 
ich auch nur den Analyzer rechnen lassen):

https://www.mariohellmich.de/projects/trl-cal/trl-cal.html

[1] Dunsmore, J.P.: Handbook of Microwave Component Measurements. 
Chichester: Wiley (2012).

Autor: Eric (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Hubertus und Mario,

Herzlichen Dank für Eure Quellenangaben.
@Mario mit Deiner hompage hast Du mir ja jetzt richtig etwas zum 
Studieren gegeben :-)

Ich fand noch zu den Kalibrierverfahren ein paper von Michael Hiebel 
welches alle Verfahren auflistet ohne gleich die große Mathematik 
aufzufahren.
https://pdfs.semanticscholar.org/2497/8e60b68a24a4169eecbd0763d4a9287037e4.pdf

Eric

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Hätte vielleicht jemand Lust, aus den schönen hier zusammengetragenen 
Quellen einen kleinen Artikel fürs hiesige Wiki zu zimmern? Dann würde 
man es später auch ohne große Sucherei finden …

(Also jetzt nicht die ganze Mathematik ausfeilen, sondern die 
wesentlichen Informationen und Links dieses Threads dahin kopieren.)

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Tobias P. (hubertus)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mario,

das 8-Term Modell ist mir bekannt, aber nicht, wie genau die 
Transformation ins 10-Term Modell funktioniert. Im Dokument von D. 
Rytting

http://emlab.uiuc.edu/ece451/appnotes/Rytting_NAModels.pdf

ist es Ansatzweise beschrieben, aber auch ein wenig konfus. Wie genau 
muss vorgegangen werden?

Pozar macht das irgendwie kompliziert, da werden noch quadratische 
Gleichungen gelöst und je nach dem müssen unterschiedliche Lösungen 
gewählt werden. Das finde ich nicht elegant; bei SOLT kann man sehr 
einfach ein Gleichungssystem in Matrizenform lösen, was sogar noch geht, 
wenn man mehr Kalibrierstandards als nur Open, Short und Load hat. (z.B. 
offet short und dergleichen). Bei TRL müsste das doch auch gehen, aber 
ich sehe grad nicht wie. Oder ist es so einfach, dass ich nicht drauf 
komme? also ich glaub, der erste Schritt besteht schon mal darin, dass 
man T-Parameter statt S-Parameter verwenden muss. Die Errorboxen kann 
man dann als 2x2 Matrizen darstellen und einfach invertieren. Aber das 
sind halt nur 8 Terms, weil jede Errorbox 4 Grössen enthält (T11, T12, 
T21, T22). Andererseits sinds dann aber doch wieder 16 Werte, da die Tij 
ja komplexwertig sind ;-)

Eric schrieb:
> Ich fand noch zu den Kalibrierverfahren ein paper von Michael Hiebel
> welches alle Verfahren auflistet ohne gleich die große Mathematik
> aufzufahren.
> https://pdfs.semanticscholar.org/2497/8e60b68a24a4169eecbd0763d4a9287037e4.pdf

das ist sehr schade, dass die Mathematik immer weggelassen wird ;-)

Jörg W. schrieb:
> Hätte vielleicht jemand Lust, aus den schönen hier zusammengetragenen
> Quellen einen kleinen Artikel fürs hiesige Wiki zu zimmern? Dann würde
> man es später auch ohne große Sucherei finden …

ja an einem verregneten Wochenende würde ich das durchaus tun. Hab ja in 
meinem oben verlinkten PDF bereits was zusammengetragen dazu.

Autor: Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Tobias P. schrieb:
> das 8-Term Modell ist mir bekannt, aber nicht, wie genau die
> Transformation ins 10-Term Modell funktioniert.

Man kann die Fehlerterme aus dem 12-Term-Modell explizit als Funktion 
der Fehlerterme des 8-Term-Modells schreiben. Ich tippe die Formeln aber 
jetzt nicht ab. :-) Ich kann Dir aber mal ein Bild schicken oder die 
Seiten aus dem Buch einscannen. Es gibt auch einen Artikel, der die 
Transformation beschreibt; müsste ich mal suchen.

Und wie gesagt, da das 12-Term-Modell umfassender ist und zwölf komplexe 
Fehlerterme hat (oder zehn, wenn man wie bei TRL üblich auf die beiden 
Crosstalk-Fehler verzichtet), und das 8-Term-Modell eben nur acht, muss 
man zusätzliche Information investieren, um die Transformation 
durchführen zu können. D.h. man bestimmt durch Messung zwei zusätzliche 
komplexe Größen, die sogenannten Switch Terms. Nur damit geht die 
Transformation.

Tobias P. schrieb:
> Pozar macht das irgendwie kompliziert, da werden noch quadratische
> Gleichungen gelöst und je nach dem müssen unterschiedliche Lösungen
> gewählt werden.

Nee, Pozar macht das einfach. :-) Wenn man alles allgemein lässt, d.h. 
nicht beide Error-Boxen als identisch und reziprok annimmt, und nicht 
von vornherein annimmt, wie die Standards aussehen, wird das deutlich 
komplizierter, auch wenn das Prinzip das gleiche bleibt.

Tobias P. schrieb:
> Bei TRL müsste das doch auch gehen, aber
> ich sehe grad nicht wie. Oder ist es so einfach, dass ich nicht drauf
> komme? also ich glaub, der erste Schritt besteht schon mal darin, dass
> man T-Parameter statt S-Parameter verwenden muss.

In dem folgenden Artikel, den ich vor einiger Zeit mal überflogen habe, 
wird der Ansatz mit den T-Matrizen in ziemlicher Allgemeinheit 
aufgezogen, allerdings wird nicht explizit für TRL gelöst:

Zhuo et al.: A Unified Approach for Reformulations of LRM/LRMM/LRRM 
Calibration Algorithms Based on the T-Matrix Representation. Appl. Sci. 
7(9), 866 (2017).

Der Artikel ist sogar Open Access: 
https://www.mdpi.com/2076-3417/7/9/866.

Aber um das Lösen eines Matrix-Gleichungssystems, das durch die 
Messungen der einzelnen Standards entsteht, kommt man nicht herum. Und 
bei TRL bekommt man aus dem Gleichungssystem ja auch noch zusätzliche 
Informationen, wie den Reflexionskoeffizienten des Reflect-Standards und 
den Ausbreitungskoeffizienten der Leitung, über die man bei TRL ja keine 
Informationen investieren muss. Die Größen sind nach der Kalibrierung 
aus der Lösung des Gleichungssystems bekannt.

Ich schaue mir den Artikel die Tage nochmal genauer an.

Eric schrieb:
> @Mario mit Deiner hompage hast Du mir ja jetzt richtig etwas zum
> Studieren gegeben :-)

Hinweise auf Fehler und Verbessrungsvorschläge nehme ich gern entgehen. 
:-)

Jörg W. schrieb:
> Hätte vielleicht jemand Lust, aus den schönen hier zusammengetragenen
> Quellen einen kleinen Artikel fürs hiesige Wiki zu zimmern? Dann würde
> man es später auch ohne große Sucherei finden …

Man müsste einen Plan machen, was drin stehen soll, und mit welchem 
Tiefgang. Sonst schreibt man ein Buch.

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mario H. schrieb:
> Man müsste einen Plan machen, was drin stehen soll, und mit welchem
> Tiefgang. Sonst schreibt man ein Buch.

Im Prinzip das an Wissen, was hier im Thread steht, nur durch 
„Wikiisierung“ etwas weniger vergänglich und leichter auffindbar 
gemacht.

Autor: Tobias P. (hubertus)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mario H. schrieb:
> Aber um das Lösen eines Matrix-Gleichungssystems, das durch die
> Messungen der einzelnen Standards entsteht, kommt man nicht herum.

genau so will man ja das auch, da es dann sehr elegant und übersichtlich 
geht. Ich hab jetzt grad nicht im Pozar nachgeschaut, aber ich glaube, 
er verwendet keine Matrizen, weshalb ich seine Notation eben etwas 
umständlich und länglich finde.

Mario H. schrieb:
> zusätzliche
> Informationen, wie den Reflexionskoeffizienten des Reflect-Standards und
> den Ausbreitungskoeffizienten der Leitung, über die man bei TRL ja keine
> Informationen investieren muss

genau! deshalb ist TRL ja so gut ;-) Der Hintergrund, weshalb ich es 
grade auch genauer anschaue, ist, weil ich im Moment eine Koaxialzelle 
zur Messung von Materialparametern (mu, eps) verwende. (Man misst S11 
und S21 und und kann daraus mu und eps bestimmen.) Die Zelle hat 
APC7-Stecker und kann mittig mit Material (Flüssigkeiten, Pulver) 
gefüllt werden. Allerdings müss man, um die Parameter korrekt messen zu 
können, die Kalibrierebene dorthin verschieben, wo das zu testende 
Material beginnt. Bis jetzt habe ich es so gemacht, dass der NWA wie 
üblich mit SOLT kalibriert wird; danach setzt man anstatt des Materials 
einen Short in die Koaxzelle ein und berechnet die Port Extension (Delay 
und Loss). Das funktioniert einigermassen gut. Ich verspreche mir aber 
eine bessere Genauigkeit, wenn ich TRL verwenden würde. Damit könnte das 
vorherige Kalibrieren des NWA wohl entfallen und man würde die 
Anschlüsse der Koaxzelle einfach direkt mit in die Errorboxen rein 
nehmen. Den Reflect-Standard habe ich ja schon. Für den Thru muss ich 
mir noch was einfallen lassen, und Line ist auch sehr einfach, da wird 
einfach kein Material eingefüllt sondern man lässt Luft in der Zelle 
drin. Aber SOLT ist für die Zelle unbrauchbar, da die Koaxanschlüsse mit 
Tapers auf ca. 15mm aufgeweitet werden. Da dürfte ein Open-Standard 
schon recht schwierig zu realisieren sein.

Und bevor ich am NWA einfach ein paar Knöpfe drücke, will ich zuerst 
nachvollziehen, was da passiert. Zudem mache ich die Auswertung sowieso 
mit Matlab, dann kann auch die Kalibrierung offline am PC in Matlab 
erfolgen, das wär eigentlich das Ziel (obwohl der NWA natürlich TRL und 
UOSM und so weiter könnte.)

Mario H. schrieb:
> Man müsste einen Plan machen, was drin stehen soll, und mit welchem
> Tiefgang. Sonst schreibt man ein Buch.

naja, ein wenig von der Mathematik muss schon dabei stehen, sonst ist es 
nicht so nützlich.

Autor: Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Tobias P. schrieb:
> Ich hab jetzt grad nicht im Pozar nachgeschaut, aber ich glaube,
> er verwendet keine Matrizen, weshalb ich seine Notation eben etwas
> umständlich und länglich finde.

Er schreibt die S-Parameter der Error-Boxen explizit als Funktion der an 
den Standards gemessenen S-Parameter. Die S-Parameter der Error-Boxen 
müsste man dann in T-Parameter umformen, um durch einfache 
Matrixmultiplikation die korrigierte T-Matrix des DUT zu bekommen, die 
man dann wieder die S-Matrix des DUT umrechnen würde. Das macht er 
natürlich nicht mehr explizit, da das extrem länglich und 
dementsprechend nutzlos würde.

Das oben zitierte und verlinkte Papier macht alles mit T-Matrizen. Es 
schreibt die T-Matrix der Error-Boxen explizit als Funktion der 
gemessenen Wellengrößen und dem, was über die Standards angenommen wird. 
Das ist von da aus aber immer noch etwas Handarbeit, um das in eine für 
ein Kalibrierschema anwendbare Form zu bringen. Bei TRL/TRM/LRM etc. 
sind die Standards eben nicht vollständig bekannt. Das macht die Sache 
komplizierter als TOSM bzw. SOLT.

> Der Hintergrund, weshalb ich es
> grade auch genauer anschaue, ist, weil ich im Moment eine Koaxialzelle
> zur Messung von Materialparametern (mu, eps) verwende.
[...]
> Für den Thru muss ich
> mir noch was einfallen lassen

Du müsstest Deine Zelle irgendwie kürzen können. Ein herausnehmbares 
Mittelteil. Oder eine zweite Zelle, die entsprechend kürzer ist. Dann 
spielt aber die Wiederholbarkeit der Stecker eine größere Rolle. Und die 
Zelle könnte für TRL recht lang werden, wenn Du mit der Frequenz weit 
herunter willst.

Wie werden eigentlich kommerzielle Messzellen kalibriert? Ich meine, von 
Keysight gäbe es welche?

> Und bevor ich am NWA einfach ein paar Knöpfe drücke, will ich zuerst
> nachvollziehen, was da passiert.

Das ist löblich. :-) Am Ende, nachdem die Mathematik vollständig 
verstanden ist, würde ich es aufgrund der inneren Komplexität von TRL 
aber doch den Analyzer machen lassen.

> naja, ein wenig von der Mathematik muss schon dabei stehen, sonst ist es
> nicht so nützlich.

Ja, im Idealfall schon. Vielleicht kann ich mich ja mal dazu aufraffen.

Autor: Tobias P. (hubertus)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mario H. schrieb:
> Wie werden eigentlich kommerzielle Messzellen kalibriert? Ich meine, von
> Keysight gäbe es welche?

es ist eine kommerzielle Zelle, wenngleich nicht von Keysight. Der 
Mitteilteil, wo man Zeug rein füllt, ist austauschbar und ich habe im 
Moment 3 verschiedene Längen davon.
Die Kalibrierung geht gemäss Herstellerhandbuch über eine "Cell ID 
card", wo die Parameter der Zelle (Offset Loss, offset delay, ....) 
notiert sind. Dies aus dem Grund, damit man sich das dauernde Öffnen und 
wieder Zusammenschrauben der Zelle zum Kalibrieren sparen kann. 
Allerdings wird m.E. dadurch die Präzision verschlechtert. Ich bin daher 
grade auch dabei, eine eigene Zelle zu konstruieren, die Steckbar ist 
und mit Schnellspannern verschlossen wird, dadurch kann man den Aufwand 
beim Wechseln des Mittelteils reduzieren.

Mario H. schrieb:
> Am Ende, nachdem die Mathematik vollständig verstanden ist, würde ich es
> aufgrund der inneren Komplexität von TRL aber doch den Analyzer machen
> lassen.

Naja, am Schluss wird ein s2p File auf den PC geladen, der mu und eps 
bestimmt und wahlweise Debye- oder Lorentz-Modelle fittet. Da werden die 
Berechnungen für TRL nicht so sehr ins Gewicht fallen ;-)

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.