HP4195a schlechte Auflösung bei tiefen Frequenzen

[Giovanni D. (damicogi)]

Guten Tag in die Runde
Habe neulich einen defekten HP4195a (VNA) erstanden. Das Gerät hatte 
Probleme mit der Regelspannung der Bandpassfilter. Die Ursache war eine 
defekte Zenerdiode. Das Gerät scheint nun gut zu funktionieren. Auch die 
Genauigkeit bei den höheren Frequenzen scheint ok zu sein.
Wo ich nicht ganz zurecht komme, ist bei der Auflösung in den tieferen 
Frequenzen. Laut Spezifikation sollte das Gerät ab ein paar Herz 
funktionieren. Wenn ich Reflektions-Messungen (S11) unterhalb 10MHz 
mache, so sehen die Diagramme recht zackig aus. Auch wenn ich mit der 
Anzahl Mess-Punkte und der Bandbreite der Frequenzauflösung herumspiele, 
erhalte ich keine Linien ohne grosse Zacken. Kennt jemand von Euch das 
Phänomen?  Ich werde heute Abend noch ein paar Bilder posten.

Viele Grüsse
Giovanni D'Amico

[Bert 0. (maschinist)]

Tja, noch keine Bilder zu sehen...

Der HP4195A braucht ja mind. einen externen Powersplitter für die 
S-Messungen, was hast Du denn da genommen? Die zugehörigen HP41952A sind 
ab 100 kHz spezifiziert und sollten auch unterhalb 10 MHz vernünftige 
Ergebnisse liefern.
Mit etwas Kabelsalat kann man auch z.B. zwei ZSC-2-1 von Mini-Circuits 
nehmen, dann geht's immerhin noch bei 1 MHz los.

IM HP4195A Maintainance Manual, Kap. 2 gibts die sog. Performance-Tests, 
die zeigen, ob der Analyzer noch maßhaltig ist, hast Du davon schon mal 
welche durchgeführt?


Gruß... Bert

[Tobias P. (hubertus)]

Bilder?

ich habe auch einen 4195A und habe diesen repariert. Bei meinem war der 
DAC für eines der Mitlauffilter defekt.

Eventuell ist die Kalibrierung verloren gegangen? da du an den 
Mitlauffiltern herum gewerkelt hast, ist die Cal sicher nicht mehr 
akkurat.

Anzuraten wäre auch noch, ein Backup des EEPROM Inhalts zu machen!

Die komplette Kalibrierung braucht ziemlich viel Material (mehrere 
Signalgeneratoren, Oszilloskope, Network- und Spektrumanalyzer), und 
dauert etwa 2 Tage. Zudem braucht man für einen Teil der Kalibrierung 
noch ein spezielles Programm von HP, welches nicht mehr erhältlich ist - 
ich besitze es aber zufällig in HP BASIC Sourcecode-Form :-)

Übrigens hat meiner bei 10 MHz auch einen kleinen Zacken im Frequenzgang 
(bei 10 MHz wird der Signalpfad der internen Quelle umgeschaltet).

Grüsse
Tobias

[Giovanni D. (damicogi)]

liebe Freunde
Danke für Eure Rückmeldungen. Leider komme ich im Moment arbeitsbedingt 
nicht dazu, weitere Test zu fahren. ich habe jedoch den Eindruck, dass 
ich mich erst einmal mit dem Zusammenhang von RBW, Sweep Time, 
Resolution und Mess-Punkte auseinandersetzen sollte. Sobald ich etwas 
Zeit habe, melde ich mich gerne wieder. Die Backupmöglichkeit der 
Kalibrierdaten aus dem EEPROM interessiert mich sehr. Bei der Reparatur, 
habe ich nirgends an den Filtern gedreht. Habe lediglich eine Zenerdiode 
ausgewechselt, welche die Entwicklung der Spannungsrampe zur Steurung 
der Bandpassfilter störte.
Bis bald

[Bert 0. (maschinist)]

Giovanni D. schrieb:

> Ich habe jedoch den Eindruck, dass
> ich mich erst einmal mit dem Zusammenhang von RBW, Sweep Time,
> Resolution und Mess-Punkte auseinandersetzen sollte.

Dann schau Dir am besten HPs (Agilent / Keysight) AN150 an:

https://www.keysight.com/main/editorial.jspx?cc=DE&lc=ger&id=459160

Geht zwar primär um Spektrumanalyse, erklärt aber auch die o.g. Aspekte 
recht anschaulich.


Gruß... Bert

[Tobias P. (hubertus)]

Giovanni D. schrieb:
> Habe lediglich eine Zenerdiode ausgewechselt, welche die Entwicklung der
> Spannungsrampe zur Steurung der Bandpassfilter störte.

eben. Und durch Ändern der Z-Diode hast du womöglich die Spannung 
verändert?
ich weiss nicht von welcher Diode du jetzt sprichst, ABER der 
Frequenzgang von den beiden Trackingfiltern und dessen 
Spannungsabhängigkeit wird bei der Kalibrierung des 4195A mit Hilfe 
eines externen Signalgenerators gemessen und ist im EEPROM in einer 
Tabelle hinterlegt.

Giovanni D. schrieb:
> ich habe jedoch den Eindruck, dass ich mich erst einmal mit dem
> Zusammenhang von RBW, Sweep Time, Resolution und Mess-Punkte
> auseinandersetzen sollte

das ist sicher keine schlechte Idee, wenngleich der Analyzer schon von 
sich aus brauchbare Einstellungen haben sollte. Dazu muss, glaube ich, 
die Taste "AUTO" aktiv sein. Wenn du jetzt die RBW änderst, wird die 
Sweepzeit automatisch richtig angepasst.

Wie sieht denn der Graph aus, woran erkennst du, dass es eine schlechte 
Auflösung ist? sind es womöglich nur zu wenig Punkte? Im Sweepmenü kann 
die Anzahl Punkte bis auf 201 (oder 401, kann mich grad nicht erinnern) 
erhöht werden - was auch der Standardwert ist. Zu beachten ist noch, 
dass der Analyzer bei logarithmischen Sweeps weniger Punkte kann.

Machst du vor dem Messen einen PRESET? das sollte man sich allgemein 
angewöhnen, aber VORHER eventuell anliegende Testsignale abschalten (die 
u.U. einen zu hohen Pegel haben könnten und so die Mischer überlasten).

[Giovanni D. (damicogi)]

Hallo Bert, hallo Tobias

Komme jetzt ein wenig dazu, mich mit dem Gerät auseinander zu setzen. 
Die gute Nachricht ist, dass der Fehler eindeutig bei mir lag.
Ich hatte bei vielen Messungen den Wert für den RBW zu hoch gewählt. 
Eigentlich sollte dieser Wert kleiner (idealerweise die Hälfte) des 
Parameters Step-Size sein. Andernfalls können die einzelnen abgetasteten 
Werte (Abstand Step-Size) nicht voneinander sauber getrennt werden. 
Darüber Hinaus verändert sich ist die Impedanz, beispielsweise eines 
Kondensators, nicht linear mit der Frequenz. Bei kleineren Frequenzen 
ist die Veränderung der Impedanz (Xc) viel steiler (grössere 
Impedanz-Veränderung bei jedem Frequenzschritt) als dies bei höheren 
Frequenzen der Fall ist. Das ergibt den Eindruck, dass es bei den 
kleineren Frequenzen die Kurve im Smith-Diagramm nicht "sanft" verläuft 
(Bild 3).

Anbei Drei Bilder, welche diese Sachlage optisch verdeutlichen sollen:

Bild 1:
Frequenzbereich 500Hz - 100kHz  Messpunkte: 401 Step-Size 248.75 Hz, RBW 
300 Hz, Sweep-Time: 14.3s  (-->passende Einstellung)

Bild 2:
Frequenzbereich 500Hz - 100kHz  Messpunkte: 401 Step-Size 248.75 Hz, RBW 
1kHz, Sweep-Time: 4.33s (-->nicht passende Einstellung)

Bild 3: Frequenzbereich 500Hz - 10kHz   Messpunkte: 20  Step-Size 
521.053 Hz, RBW 30Hz, Sweep-Time: 4.86s (-->gute Einstellung, bei den 
tieferen Frequenzen scheint die Auflösung schlecht zu sein. Dies ist 
aber nicht so)

Ich bin also mit dem Gerät sehr zufrieden. Auch wenn es schon etliche 
Jahre auf dem Buckel hat, sind die professionelle Eigenschaften nicht zu 
übersehen. Ich konnte es für einen tiefen Preis ersteigern. Schon das 
mitgelieferte Zubehör (Verschiedene Sonden + das komplette 
Impedanz-Mess-System bestehend aus der Einheit HP 41951-69001 + fixtures 
HP16092A und 16093A) sind ein kleines Vermögen Wert.

Übrigens, ich habe für meine Messungen den 50 Ohm Signal Divider von HP 
des Typs 35676-66301 verwendet (Bild4), welches auch zum Gesamtpaket 
gehört.

Auch der RF Bridge aus dem Internet für 9$ (Bild5) funktioniert 
tadellos.


Nun zu meiner Reparatur:

Bis 150 Mhz funktionierte das Gerät gut. Die höheren Frequenzen hatten 
jedoch empfangsseitig markante Signaleinbrüche.
Dies kam von den fehlenden Signalrampen zur Steuerung der passenden 
Bandpassfilter. Das Problem lag an der defekten Z-Diode CR13 (3.9V) auf 
der Unit A51. Diese hatte einen Kurzschluss und sperrte die OPAMPs, so 
dass diese keine Rampe für die Steuerung der Bandpassfilter erzeugen 
konnten.  Es war eine Art "Schalter-Funktion" zur Freischaltung der 
jeweils erforderlichen OPAMPS.
Gestützt auf diese Tatsache, gehe ich davon aus, dass die ursprünglichen 
Kalibrierdaten durch den Ersatz dieser Diode nicht obsolet geworden 
sind.

Die Messungen, die ich bis jetzt mit diesem VNA durchführen konnte, 
lieferten nach der obligaten SOL-Kalibrierung plausible Ergebnisse.
Ich freue mich, auf den weiteren Einsatz dieses wertvolle 
Messinstrumentes.

Tobias, bin natürlich sehr an die Software (Basic 
Source-Form)interessiert, die einen Backup der Kalibrierdaten aus dem 
EEPROM ermöglicht. Ich habe 20 Jahre Programmiererfahrung und könnte 
vielleicht helfen, das Programm auszubauen. Bedanke mich schon jetzt 
dafür.

Bin auf Eure Reaktion gespannt.

Viele Grüsse aus der Schweiz

[Tobias P. (hubertus)]

Giovanni D. schrieb:
> Viele Grüsse aus der Schweiz

ah cool, ein Landsmann. Giovanni klingt nach Tessin? ;-)

Giovanni D. schrieb:
> Ich bin also mit dem Gerät sehr zufrieden. Auch wenn es schon etliche
> Jahre auf dem Buckel hat, sind die professionelle Eigenschaften nicht zu
> übersehen. Ich konnte es für einen tiefen Preis ersteigern. Schon das
> mitgelieferte Zubehör (Verschiedene Sonden + das komplette
> Impedanz-Mess-System bestehend aus der Einheit HP 41951-69001 + fixtures
> HP16092A und 16093A) sind ein kleines Vermögen Wert.
>
> Übrigens, ich habe für meine Messungen den 50 Ohm Signal Divider von HP
> des Typs 35676-66301 verwendet (Bild4), welches auch zum Gesamtpaket
> gehört.

sehr schön. Vielleicht kannst du mir in einer PM erklären, wie man 
günstig an so gute Messgeräte kommt, Kontakte sind da immer interessant 
;-) so habe ich meinen 4195A auch erhalten. Leider nur mit wenig 
Zubehör. Den Signal Divider habe ich mir selber gebaut.

Zu beachten ist, dass der 4195A in der Tat immer bei 0 Hz einen riesigen 
LO Durchschlag hat. Den bekommt man leider nie ganz weg; daher verwerfe 
ich bei Messungen ab 0Hz die ersten paar Punkte. Der LO-Durchschlag wird 
zwar bei einer der diversen Kalibrierungen von Hand abgeglichen, aber 
das funktioniert leider wohl nicht so gut.

Giovanni D. schrieb:
> Auch der RF Bridge aus dem Internet für 9$ (Bild5) funktioniert
> tadellos.

ja. Es gibt diverse Anleitungen wie man sich ähnliche Brücken selber 
bauen kann, die funktionieren eigentlich alle ganz ok. Was ich bei mir 
festgestellt habe ist, dass ich egal, welche Brücke verwendet wird, kaum 
Reflexionsfaktoren besser als -30dB hin bekomme - ob das an der Brücke 
liegt, oder am Analyzer?

Giovanni D. schrieb:
> Tobias, bin natürlich sehr an die Software (Basic
> Source-Form)interessiert, die einen Backup der Kalibrierdaten aus dem
> EEPROM ermöglicht. Ich habe 20 Jahre Programmiererfahrung und könnte
> vielleicht helfen, das Programm auszubauen. Bedanke mich schon jetzt
> dafür.

Für das EEPROM Backup benötigst du allerdings einen EEPROM Leser - ich 
verwende dazu einen TL886A, welchen es in der Bucht günstig gibt. Das 
gute daran ist, dass er diverse alte Chips lesen kann.
Die BASIC Software kann ich dir schon geben, aber nicht öffentlich. Am 
besten kontaktierst du mich per PM. Falls du das EEPROM Backup wünschst 
und keinen Prommer hast, kannst du mir ggf auch den EEPROM zusenden und 
ich mach dir das Backup. Wär ja keine Hexerei ;-)
Die komplette Firmware des Analyzers (also der Inhalt aller EPROMs) habe 
ich mal ausgelesen und unter
https://hb9fsx.ch/wordpress/index.php/downloads/
veröffentlicht. Es war eine riesen Arbeit, so viele EPROMs auszuhebeln 
und auszulesen :-)

Grüsse
Tobias

[Bert 0. (maschinist)]

Hallo Giovanni,

ja, da scheint ja wieder alles zu funktionieren!
Ich habe genau die gleiche Ausrüstung zu meinem HP4195, Impedanzmesssatz 
41951A mit Fixture, HP35676 und noch die HP41800A Active Probe zur 
Spektrumanalyse kleiner Signale.

Beachte aber, daß der HP35676 Teiler nur bis 200 MHz spezifiziert ist.

Wenn die HA8ET Messbrücke aus dem Onlineshop gut aufgebaut und 
kompensiert ist, siehe
Beitrag "HA8ET Low Level SWR Bridge"
funktioniert sie sehr gut bis zur oberen Grenze des 4195A. Ich nehme die 
häufig z.B. zur schnellen Untersuchung von Aufsteckantennen.

Wegen Deiner Darstellungsfehler würde ich, wie auch Tobias geschrieben 
hat, die RBW am 4195A zunächst auf AUTO schalten, dann ergibt sich auf 
alle Fälle eine vernünftige Darstellung. Wenn Du Details untersuchen 
möchtest oder schnellere Messdurchläufe brauchst, kannst Du immer noch 
manuell eingreifen.

Der Impedanzmessadapter mit seinen Fixtures ist ideal zur 
Bauteilcharakterisierung, allerdings sollte man das Schema mit der zur 
erwarteten Genauigkeit aus dem zugehörigen Manual im Auge behalten.

Falls Du noch weitere, spezielle Fragen zum 4195A hast, helfen ich und 
bestimmt auch Tobias gerne weiter!


Gruß... Bert

[Giovanni D. (damicogi)]

hallo Bert, danke für die guten Tips. Ich muss sagen, dass ich vermehrt 
Freude an diesem Gerät entwickle. Man muss einfach die Zusammenhänge der 
einzelnen Parameter kennenlernen und dann klappt alles wunderbar. werde 
mich weiter in die Materie vertiefen. Beispielsweise ist mir die Wirkung 
der unterschiedlichen IF-Frequenzen noch nicht ganz klar. Hab jedoch 
noch viel Lesestoff vor mir. Vielleicht kannst Du die Bedeutung dieser 
Einstellmöglichkeit auf einfache Weise erklären....Herzlichen Dank

[Giovanni D. (damicogi)]

Hallo Tobias
danke für Deine Antwort. Ich weiss nicht, ob ich Dich richtig verstanden 
habe wegen dem "Refkexionsfaktor", der bei Dir angeblich höchstens -30dB 
beträgt. Nach meinem Verständnis wird der Reflexionsfaktor nicht in dB 
gemessen. Er ist ein komplexer Quotient, der den Betragsbereich -1 bis 
+1 hat. Reflexionsfaktor 0 würde bedeuten, dass die Last genau 50 Ohm 
reel beträgt und demzufolge keine Reflexion vorliegt. -1 und +1 würden 
hingegen eine Totale Reflexion des Signals bedeuten (Kurzschluss bzw. 
Offenes Ende beim DUT)

Vielleicht meinst Du mit -30dB den RL (Return Loss), was soviel heisst, 
wie Rückflussdämpfung. Bei voller Reflexion (Reflexionsfaktor -1 oder 
+1) würde der RL 0 betragen, das heisst das gesendete Signal kommt 
verlustlos wieder zurück (Vollreflexion). Bei Idealer Last von 50 ohm 
reell, sollte nichts reflektiert werden (Reflexionsfaktor 0). In diesem 
Fall wäre der RL theoretisch unendlich gross. Bei RL=-30dB liegt man 
bereits sehr nah an einem SWR-Wert von 1. Bei meiner Reflexiobsbrücke 
komme ich nach Kalibrierung bei einem reelen Widerstand von 50 ohm an 
einem RL zwischen -50 und -60 dB. Meinen wir ach dasselbe? Das können 
wir gerne gemeinsam analysieren und klären.

Mein Name stammt aus dem tiefen Süden. Bin jedoch viel rumgereist und 
seit vielen Jahren im Kanton Bern wohnhaft. Mein HAM-Rufzeichen ist 
HB9EKH. im QRZ.com findest Du auch meine private E-Mail-Adresse.

ja, ich würde gerne die Quell-Software haben. EEPROM/EPROM-Programmer 
sollte ich aus meiner früheren Programmentwicklungs-Arbeit ( Viel 
Assembler, Plm51, Hardwareentwicklung und dergleichen) in meinem Fundus 
haben. Schreib mir einfach ein E-Mail auf meine Private Adresse und ich 
kann Dir Näheres erzaehlen, wie ich zum kompletten HP4195a-System 
gekommen bin.

freue mich auf Deine Post.

73, Giovanni

[Giovanni D. (damicogi)]

Hallo Tobias

Da ich von Dir via PM nichts mehr gehört habe, melde ich mich wieder 
hier im Forum. Miene PM lautet: [e-mail]  Hoffe, bald von Dir zu 
hören. Danke.

PS: Konnte am Samstag in Zofingen (Surplus-Party) ein paar interessante 
Messgehräte von R&S ergattern...

Viele Grüsse
Giovanni