Forum: HF, Funk und Felder Filterbank bei VNAs und günstigen VNA Projekten


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von Carsten G. (Gast)


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Das Prinzip eines VNA ist ja, dass man eine möglichst reine 
Anregungsfrequenz erzeugt. Nun bekommt man die aus sehr breitbandigen 
PLL Synthesizern eher nicht, da die in der Regel mehrere VCOs haben, die 
für ein Frequenzband gedacht sind und Ausgangsfrequenzen, die nicht von 
den VCOs abgedeckt sind werden geteilt, was Oberwellen ergibt.

Nun kann man den Anregungsausgang filtern, zum Beispiel der LibreVNA und 
der VNA von Hendrik Forsten auch machen. Allerdings sind die Filter sehr 
breitbandig und filtern nicht so, dass effektiv Oberwellen entfernt 
werden. Der NanoVNA Filtert zum Beispiel überhaupt nicht. Das habe ich 
mit einem Spektrumanalysator nachgemessen.

Nehmen wir nun mal an, dass der Ausgang ausreichend mit einer großen 
Filterbank gefiltert wird und nun oberhalb von 1GHz alle harmonischen 
und sub-harmonischen filtern kann und man mit einem Peak in 
Frequenzbereich anregt. Muss man diesen Aufwand ebenfalls für die 
Lokaloszillatoren treiben? Diese werden zum Beispiel beim LibreVNA gar 
nicht gefiltert. Macht es da einen Unterschied, ob man Diodenmischer 
oder Aktive FET Mischer nimmt?
Meine Einschätzung wäre, dass man das das nicht braucht, da die 
Anregungsfrequenz nun ausreichend "sauber" ist und man dadurch keine 
unbekannten Mischprodukte hat.

Wie machen das R&S oder andere kommerziell sehr erfolgreiche Hersteller? 
Erzeugen die das anregende Signal überhaupt direkt aus dem Synthesizer 
oder Mischen die sogar herunter mit anschließendem Tiefpass?

von Thomas U. (charley10)


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Carsten G. schrieb:
...

> Nehmen wir nun mal an, dass der Ausgang ausreichend mit einer großen
> Filterbank gefiltert wird und nun oberhalb von 1GHz alle harmonischen
> und sub-harmonischen filtern kann und man mit einem Peak in
> Frequenzbereich anregt. Muss man diesen Aufwand ebenfalls für die
> Lokaloszillatoren treiben? Diese werden zum Beispiel beim LibreVNA gar
> nicht gefiltert. Macht es da einen Unterschied, ob man Diodenmischer
> oder Aktive FET Mischer nimmt?
> Meine Einschätzung wäre, dass man das das nicht braucht, da die
> Anregungsfrequenz nun ausreichend "sauber" ist und man dadurch keine
> unbekannten Mischprodukte hat.
>
> Wie machen das R&S oder andere kommerziell sehr erfolgreiche Hersteller?
> Erzeugen die das anregende Signal überhaupt direkt aus dem Synthesizer
> oder Mischen die sogar herunter mit anschließendem Tiefpass?

Die Empfänger sind selektiv, werten also nur die Grundwelle aus.
Schau dir mal das DB des ZVR von R&S an:
https://www.testequipmenthq.com/datasheets/Rohde-Schwarz-ZVR-Datasheet.pdf
Auf Seite 12 werden die HARMONICS und Spurious mit ca. -30dBc angegeben, 
bei einen Dynamikumfang von bis 110dB. Das ist nur mit einem selektiven 
Empfänger möglich.

: Bearbeitet durch User
von Carsten G. (Gast)


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Thomas U. schrieb:
> Auf Seite 12 werden die HARMONICS und Spurious mit ca. -30dBc angegeben,
> bei einen Dynamikumfang von bis 110dB. Das ist nur mit einem selektiven
> Empfänger möglich.

Das heißt also diese Geräte sind so groß, weil an allen Ports jeweils 
mitlaufende Filter vorgeschaltet sind, um den gesamten Frequenzbereich 
von 8GHz möglichst schmalbandig abdecken zu können?

Und das dann auch noch für alle LO Ports? Warum funktionieren dann diese 
billig VNAs überhaupt?

von Thomas U. (charley10)


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Carsten G. schrieb:
> Thomas U. schrieb:
>> Auf Seite 12 werden die HARMONICS und Spurious mit ca. -30dBc angegeben,
>> bei einen Dynamikumfang von bis 110dB. Das ist nur mit einem selektiven
>> Empfänger möglich.
>
> Das heißt also diese Geräte sind so groß, weil an allen Ports jeweils
> mitlaufende Filter vorgeschaltet sind, um den gesamten Frequenzbereich
> von 8GHz möglichst schmalbandig abdecken zu können?
>
> Und das dann auch noch für alle LO Ports? Warum funktionieren dann diese
> billig VNAs überhaupt?

Das Ganze ist nix weiter, als ein Spektrumanalyzer mit Mitlaufgenerator 
zur Signalerzeugung.
Anders ist die Dynamit nicht erreichbar. Schau dir mal den Unterschied 
zu analogen Wobbelmassplätzen an. Dort sind endliche Oberwellen des 
Generators beim Messen von Filtern recht gut zu erkennen.

von Thomas U. (charley10)


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Thomas U. schrieb:
...
...
> Carsten G. schrieb:
>> Thomas U. schrieb:
>>> Auf Seite 12 werden die HARMONICS und Spurious mit ca. -30dBc angegeben,
>>> bei einen Dynamikumfang von bis 110dB. Das ist nur mit einem selektiven
>>> Empfänger möglich.
>>
>> Das heißt also diese Geräte sind so groß, weil an allen Ports jeweils
>> mitlaufende Filter vorgeschaltet sind, um den gesamten Frequenzbereich
>> von 8GHz möglichst schmalbandig abdecken zu können?
>>
>> Und das dann auch noch für alle LO Ports? Warum funktionieren dann diese
>> billig VNAs überhaupt?
>
> Das Ganze ist nix weiter, als ein Spektrumanalyzer mit Mitlaufgenerator
> zur Signalerzeugung.
> Anders ist die Dynamit nicht erreichbar. Schau dir mal den Unterschied
> zu analogen Wobbelmessplätzen an. Dort sind endliche Oberwellen des
> Generators beim Messen von Filtern recht gut zu erkennen.

Mach dich mal kundig nach Direktmischempfänger.

von Carsten G. (Gast)


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Thomas U. schrieb:
> Mach dich mal kundig nach Direktmischempfänger.

Deine antworten helfen mir gerade nicht weiter. Wie funktionieren dann 
die günstigen Geräte und hobby VNAs? Da ist schlicht kein Platz um 
filter für diesen Frequenzbereich unterzubringen.

von Carsten G. (Gast)


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Thomas U. schrieb:
> Mach dich mal kundig nach Direktmischempfänger.

Ach und nein, soweit ich weiß sind die alle keine direktmischer. Nanovna 
und librevna mischen auf eine ZF jenseits von DC.

von Michael M. (michaelm)


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Carsten G. schrieb:
> Wie funktionieren dann
> die günstigen Geräte und hobby VNAs?

Schau mal nach "DJ9CS VNWA" mit der Suchmaschine deiner Wahl; die 
Beschreibung wurde damals in der CQ-DL veröffentlicht (4 Teile).
Vielleicht hilft das etwas weiter... ;-)

Michael

von Dennis E. (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Carsten G. schrieb:
>> Wie funktionieren dann
>> die günstigen Geräte und hobby VNAs?
>
> Schau mal nach "DJ9CS VNWA" mit der Suchmaschine deiner Wahl; die
> Beschreibung wurde damals in der CQ-DL veröffentlicht (4 Teile).
> Vielleicht hilft das etwas weiter... ;-)
>
> Michael

Halten wir das mal fest. Hier ist von VNA superheat Empfängern die Rede 
und du kommst mit einem DDS VNA an. DDS bei 1GHz ist schon mumpitz.

von Jochen F. (jamesy)


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Das einzig wichtige beim VNA ist die phasenkohärente Demodulation, um 
die Phase zusätzlich zur Amplitude zu erhalten. Dazu kommen die OSL und 
der Ausgleich des Amplitudengangs.

von Michael M. (michaelm)


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Dennis E. schrieb:
> .. und du kommst mit einem DDS VNA an. DDS bei 1GHz ist schon mumpitz.

Macht mir überhaupt nichts aus und tangiert mich nicht einmal 
peripher... :-)

Beschwere dich mit "Mumpitz" lieber bei DG8SAQ persönlich, der den VNWA 
entwickelt hat. ;-)

von Gerhard H. (ghf)


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... und dieses Ding mit den 2 DDSen funktioniert ganz wunderbar.
und zwar nicht trotz der Oberwellen sondern wegen der Oberwellen.

: Bearbeitet durch User
von Carsten G. (Gast)


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Gerhard H. schrieb:
> ... und dieses Ding mit den 2 DDSen funktioniert ganz wunderbar.
> und zwar nicht trotz der Oberwellen sondern wegen der Oberwellen.

Was meinst du genau? Ich verstehe einfach noch nicht warum man kein 
reines Signal am Ausgang und LO braucht um nicht irgendwo die gleichen 
Abstände wie die ZF Frequenz zu haben und sich dann in das ZF Signal 
etwas mischt, das da nicht hin soll. Das könnte ja bei viele Oberwellen 
je nach Abstand durchaus passieren.

von Michael M. (michaelm)


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Carsten G. schrieb:
> Ich verstehe einfach noch nicht ....

Hast du denn schon mal die von mir genannte Quelle angesehen?

Michael

von Carsten G. (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Carsten G. schrieb:
>
>> Ich verstehe einfach noch nicht ....
>
> Hast du denn schon mal die von mir genannte Quelle angesehen?
> Michael

Da ist nichts zu meiner konkreten Frage beschrieben.

von Michael M. (michaelm)


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Carsten G. schrieb:
> Wie machen das R&S oder andere kommerziell sehr erfolgreiche Hersteller?
> Erzeugen die das anregende Signal überhaupt direkt aus dem Synthesizer
> oder Mischen die sogar herunter mit anschließendem Tiefpass?

Das war im Eröffnungsbeitrag z.B. eine deiner Fragen. ;-) Und die andere 
hatte ich ja hier im 
Beitrag "Re: Filterbank bei VNAs und günstigen VNA Projekten" beantwortet. Da ist 
das Prinzip doch in epischer Breite beschrieben.
Mehr kann ich momentan leider nicht helfen.

Michael

: Bearbeitet durch User
von Ralph B. (rberres)


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Carsten G. schrieb:
> Michael M. schrieb:
>> Carsten G. schrieb:
>>
>>> Ich verstehe einfach noch nicht ....
>>
>> Hast du denn schon mal die von mir genannte Quelle angesehen?
>> Michael
>
> Da ist nichts zu meiner konkreten Frage beschrieben.

Löse dich mal davon das du immer nur die Grundwellen eines 
Lokalgenerators verwendest.

Man kann genauso gut auch mit den Oberwellen eines Signales mischen. Der 
Dynamikbereich wird dann halt mit zunehmender Frequenz kleiner.

Und genauso wird das heute bei den Hobbylösungen gemacht.

Man nimmt zwei DDS-Synthesizer. Einer für den Sender und einer für den 
Empfänger.
Beide liefern als Rechtecksignale oberwellenreiche Signale.

Bei dem Sender hat man den Vorteil das der DDS Synthesizer nur bis ca. 
200MHz gehen müssen. ( bei höheren Frequenzen nimmt man die Oberwellen 
des Rechtecksignales ).
Beim Empfänger sind Oberwellen nicht tragisch, weil hinter dem Mischer 
eine Frequenz rauskommt, welche im Bereich um 2KHz liegt, und mit einen 
24Bit ADC digitalisiert wird. Hier wird dann in der Software digital 
gefiltert.

Das geschieht für das Signal vor der VSWR-Messbrücke ( Referenzsignal ) 
und das Signal hinter der VSWR-Messbrücke ( Ausgangssignal Port1 ) in
getrennten Pfaden. Statt dem Ausgangssignal am Port1 für S11 kann man 
auch das Eingangssignal an Port2 für S21 messen.

Durch geschicktes Setzen der beiden Synthesizerfrequenzen erricht man 
ein quasi lückenlosen Frequenzbereich, bei der natürlich 
Nebenempfangsstellen entstehen. Diese liegen aber durch das geschickte 
setzen der beiden Frequenzen alle außerhalb der 2KHz ZF.

Ich bin mir jetzt nicht sicher, ob die Edelschmieden es mittlerweile 
genauso machen. Zumindest bei der Henkelware.

Oberwellenmischung ist übrigens nichts neues. Die ganzen 
Mikrowellenspektrumanalyzer machen das und haben gegen die 
Aliasprodukte, welche dabei entstehen, entweder ein mitlaufendes 
Yigfilter oder rechnen sie einfach bei einen zweiten Sweep mit leicht 
veränderten Lokalfrequenzen des ersten und zweiten Mischers weg.

So Carsten G jetzt lese dir mal die Artikel von DJ9CS aus der CQDL oder 
DG8SAQ mal durch und versuche das Funktionsprinzip zu verstehen. Es ist 
eigentlich garnicht so schwer.

Ralph Berres

von Robert M. (r0bm)


Angehängte Dateien:

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Carsten G. schrieb:
> Ich verstehe einfach noch nicht warum man kein
> reines Signal am Ausgang und LO braucht um nicht irgendwo die gleichen
> Abstände wie die ZF Frequenz zu haben und sich dann in das ZF Signal
> etwas mischt, das da nicht hin soll. Das könnte ja bei viele Oberwellen
> je nach Abstand durchaus passieren.

Es würde helfen sämtliche Störantworten des RX-Mischers mal anhand eines 
Beispieles zu bestimmen und zu überprüfen ob die Harmonischen des 
Generators mit einer der Störantworten übereinstimmt.
Um das nicht manuell machen zu müssen, gibt es online zahlreiche 
Werkzeuge die diese "mixer spurs" für dich berechnen, ein Bsp. dafür 
wäre:

https://leleivre.com/rf_mixerspur.html

Im angehängten Bsp., für einen Empfänger mit einer ZF von 250kHz und 
10kHz Bandbreite, RF von 10MHz und einem high side LO von 10,25MHz sind 
es 131 Störantworten (|m|,|n| <= 13). Obwohl die Signalquelle eine 
Rechteckspannung (nanoVNA u.ä.) ausgibt, stimmt keine der zahlreichen, 
im Ausgangsspektrum vorhandenen Harmonischen mit einer der 
problematischen Störantworten überein und wird daher auch keine Antwort 
innerhalb der ZF-Bandbreite provozieren.

Bei einem VNA (N2PK VNA) dessen Empfänger direkt auf DC mischt, ist eine 
Rechteckquelle für den DUT in den meisten Fällen unbrauchbar, hier 
sollte es unbedingt eine saubere Sinusquelle sein.

Carsten G. schrieb:
> Wie machen das R&S oder andere kommerziell sehr erfolgreiche Hersteller?
> Erzeugen die das anregende Signal überhaupt direkt aus dem Synthesizer
> oder Mischen die sogar herunter mit anschließendem Tiefpass?

Es wird typischerweise von einem Oktav-VCO (z.B. 2...4GHz) ausgegangen 
und teilt/mischt/multipliziert dannach um sämtliche anderen Frequenzen 
(teilweise bis zu 67GHz) zu bekommen. Besonders die 
Frequenzmultiplikation ist aufwendig da dafür zahlreiche Suboktavfilter 
notwendig sind. Unterhalb 2GHz ist der Aufwand überschaubar. Es wird 
wiederholt durch 2 geteilt und mit Oktavfilter von Oberwellen 
weitestgehend befreit. Für Frequenzen < 250MHz  wird entweder auf einer 
Mischstufe oder einer DDS zurückgegriffen.  Je VNA sind min. zwei 
solcher Signalquellen notwendig.

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