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Forum: HF, Funk und Felder Matching mit einfachem Analyzer / Punkt in Smith Chart einzeichnen


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von Juergen P. (optronik)


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Hallo,

ich benötige etwas Hilfe bei folgendem Unterfangen:

Auf einer selbstgebauten Platine möchte ich das Matching einer 
Chipantenne anpassen. Dazu nimmt man einen VNA - falls man ihn hat. Ich 
habe keinen, aber einen "Vector Impedance Analyzer", bekannt auch als 
N1201SA. Er kann zumindest für eine Frequenz weitere Messinformationen 
anzeigen, u.A. Impedanz und einen Winkel (vermutlich S11 
Reflektionswinkel).

Zur Auslegung der Matchingkomponenten sollte ich wohl den Messpunkt 
erstmal in ein Smith Chart eintragen. Jedoch ist mir nicht klar wie ich 
jetzt mit den Werten des Analyzers meinen Punkt für die Messfrequenz in 
das Chart bekomme. Kann mir da jemand weiterhelfen?

Anbei zwei Fotos der Messwerte, das 1. Foto zeigt in der unteren Zeile 
den Winkel.

Gehe ich richtig in der Annahme dass man diesen Winkel (Beispiel: 176 
Grad) mit dem Betrag der Vektorlänge (Beispiel: 0.2) einfach wie im 
beigefügten Smith-Chart Bild einzeichnen kann?


Danke!

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von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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Juergen P. schrieb:
> Gehe ich richtig in der Annahme dass man diesen Winkel (Beispiel: 176
> Grad) mit dem Betrag der Vektorlänge (Beispiel: 0.2) einfach wie im
> beigefügten Smith-Chart Bild einzeichnen kann?

Ja. Im Smith-Diagramm ist der Reflexionsfaktor Γ aufgetragen. Den kann 
man, wie im Bild gezeigt, mithilfe seiner Polarkoordinaten einzeichnen, 
oder mithilfe seiner kartesischen Koordinaten Re(Γ) und Im(Γ).

Ebenso kann man die eingezeichneten krummlinigen Koordinatenachsen für 
die zu Γ korrespondierende Impedanz Z verwenden. Diese krummlinigen 
Koordinaten beziehen sich auf die normierte Impedanz Z/Z₀, wobei Z₀ die 
Systemimpedanz ist. D.h. in der Mitte ist Z₀ (meistens reelle 50 Ohm).

von Juergen P. (optronik)


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Mario H. schrieb:

> Ebenso kann man die eingezeichneten krummlinigen Koordinatenachsen für
> die zu Γ korrespondierende Impedanz Z verwenden. Diese krummlinigen
> Koordinaten beziehen sich auf die normierte Impedanz Z/Z₀, wobei Z₀ die
> Systemimpedanz ist. D.h. in der Mitte ist Z₀ (meistens reelle 50 Ohm).

Welcher Messwert entspricht deiner Meinung nach Z? |Z|=32.46? Normiert 
auf Z0 wäre das dann Z=32.46/50 = 0.65

Auf welcher "krummlinigen" Koordinatenachse würde ich den Wert 
einzeichnen?

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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Juergen P. schrieb:
> Welcher Messwert entspricht deiner Meinung nach Z? |Z|=32.46? Normiert
> auf Z0 wäre das dann Z=32.46/50 = 0.65

Ich weiß nicht genau, ob ich die Frage richtig verstehe. Der 
Zusammenhang zwischen Γ und Z ist gegeben durch
Die Koordinatenlinien (Kreise), die die horizontale kartesische Γ-Achse 
schneiden, sind die Linien, auf denen der Realteil der normierten 
Impedanz Re(Z/Z₀) konstant ist, und auf der anderen Schar von Kreisbögen 
ist Im(Z/Z₀) konstant.

Die Kenntnis von |Z| allein reicht natürlich nicht aus, um den 
korrespondierenden Reflexionsfaktor im Diagramm einzeichnen zu können. 
Man muss Re(Z) und Im(Z) kennen.

So wie ich Dein Messgerät verstehe, ist Re(Z)=33,27 Ohm, und Im(Z)=0,935 
Ohm (ich beziehe mich auf das erste Bild).

von Michel M. (elec-deniel)


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: Bearbeitet durch User
von dfIas (Gast)


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Eine Seite allein (Antenne) kann man nicht anpassen. Woran denn? Die 
obige Messung bezieht sich auf ein 50-Ohm-System und die Antenne kann 
auch nicht mehr wesentlich verbessert werden (Rückflussdämpfung bereits 
14 dB!). Zum anderen ist die Anpassung der Gegenseite (Tx/Rx) an 50 Ohm 
unbekannt. Wenn schon anpassen, dann Tx/Rx gg. Antenne (konjugiert 
komplex). Zweimal an ein Bezugssystem anpassen hilft nur, wenn man beide 
Seiten z. B. mit Connectoren versieht und austauschbar sein muss oder 
eine Leitung mit beliebiger Länge dazwischenkommt. Dann hilft eine 
definierte Schnittstelle.

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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dfIas schrieb:
> Eine Seite allein (Antenne) kann man nicht anpassen. Woran denn?

An die Systemimpedanz. Das ist bei den genannten Chipantennen durchaus 
üblich.

> und die Antenne kann
> auch nicht mehr wesentlich verbessert werden (Rückflussdämpfung bereits
> 14 dB!).

Diese Antennen sind sehr schmalbandig und können bei der 
Betriebsfrequenz ohne weiteres Rückflussdämpfungen um die 35 dB haben. 
Ob man im vorliegenden Fall noch anpassen muss/sollte, ist allerdings in 
der Tat fraglich.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Es gibt schöne Online-Smithchartrechner, hier ist die Impedanz noch ohne 
Anpassnetzwerk eingetragen. Zwei kurze Wege zum 50 Ohm Mittelpunkt sind 
möglich, erst nach rechts oben und dann wieder rechts herunter oder erst 
nach unten und dann wieder nach oben.

von Carlo (Gast)


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Graph. Erklärung
gut gemacht ...
http://www.fars.k6ya.org/docs/smith_chart.pdf

aber es gibt sehr viele
https://smithchart.net/

weiterführende Infos
http://www.sss-mag.com/smith.html

von Carlo (Gast)


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Der sieht auch gut aus
https://www.youtube.com/user/ae6ty/videos
www.ae6ty.com/Smith_Charts.html

von dfIas (Gast)


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Mario H. schrieb:
> dfIas schrieb:
>> Eine Seite allein (Antenne) kann man nicht anpassen. Woran denn?
>
> An die Systemimpedanz. Das ist bei den genannten Chipantennen durchaus
> üblich.
>
Und was ist diese Systemimpedanz? Etwas Virtuelles? Eine Chipantenne ist 
eine Chipantenne und sitzt auf dem PCB, meist unbeweglich und nicht weit 
entfernt vom Tx oder Rx. Weder Tx/Rx noch die Antenne brauchen eine 
Anpassung an etwas Drittes. Tx/Rx haben vielleicht etwas mehr 
Ähnlichkeit mit dem, was hier System genannt wird. Bekannt ist das aber 
nicht. So kann es sogar sein, dass das Matchen der Antenne auf besagte 
50 Ohm insgesamt eine Verschlechterung darstellt, wenn Rx oder Tx besser 
zur ungematchten Antenne passen würden.

>> und die Antenne kann
>> auch nicht mehr wesentlich verbessert werden (Rückflussdämpfung bereits
>> 14 dB!).
>
> Diese Antennen sind sehr schmalbandig und können bei der
> Betriebsfrequenz ohne weiteres Rückflussdämpfungen um die 35 dB haben.
> Ob man im vorliegenden Fall noch anpassen muss/sollte, ist allerdings in
> der Tat fraglich.
Jo. Und was bringt es, wenn wir gar von 100 dB Rückflussdämpfung 
ausgehen?
Das erinnert mich an den Vakuumtechniker, dem bei 10^-3 hPa die 
Glasscheibe des Kammerfensters geborsten war. Der war heilfroh, dass ihm 
das nicht bei 10^-7 hPa passierte ...

von Carlo (Gast)


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von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Wir haben eine Antenne, die eine fast ohmsche Impedanz von 33 Ohm hat. 
Um die noch besser an einen Senderausgang von 50 Ohm anzupassen gibt es 
entweder LC-Schaltungen oder eine Lambda/4 Leitung in Serie, deren 
Wellenwiderstand zwischen beidem liegt. Das ist vermutlich die 
einfachste Anpassschaltung. Im Smith-Diagramm ergibt das einen Halbkreis 
vom 33 Ohm-Punkt zum 50 Ohm Punkt. Für 12 cm Wellenlänge ist das aber 
immer noch groß, auch auf Platinenmaterial. 
https://de.wikipedia.org/wiki/Leitungstheorie#%CE%BB/4-Leitung

Wenn der unbekannte Sender keine 50 Ohm hat, sollte man ins Datenblatt 
schauen. Wenn dort eine komplexe Impedanz genannt ist, muss die 
Anpassschaltung dem Sender das konjugiert komplexe dazu anbieten, um 
Leitungsanpassung zu erhalten.

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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dfIas schrieb:
> Und was ist diese Systemimpedanz?

Eine Konvention. Meistens legt man sich auf 50 Ohm fest. Das hat den 
Sinn, dass man verschiedene Komponenten unter Wahrung der Anpassung ganz 
einfach miteinander verbinden kann. Z.B. eine Chipantenne mit einer 
50-Ohm-Mikrostreifenleitung, die wiederum an einen Rx/Tx-IC-Pin 
angeschlossen wird, der ebenfalls 50 Ohm Impedanz aufweist. Genauso wie 
bei man sich bei Kabeln, Verbindern und Ports auf eine Impedanz 
festlegt. Und da der TO die Chipantenne offenbar an seinen Analyzer 
angeschlossen hat, geht der geneigte Leser davon aus, dass er sie an 
dessen (bei besseren Geräten sogar einstellbare) Systemimpedanz anpassen 
will.

> Weder Tx/Rx noch die Antenne brauchen eine
> Anpassung an etwas Drittes.

Das ist durchaus richtig. Dennoch passt man solche Antennen und 
Rx/Tx-IC-Pins üblicherweise aus den genannten Gründen an etwas Drittes 
an.

Im übrigen hat Christoph alles relevante zum Thema gesagt.

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