Forum: HF, Funk und Felder Kalibrierung einer Mikrowellen Messvorrichtung


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von Max K. (maxhead)


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Hallo in die Runde,
Ich nutze ein Keysight VNA bis 6,5 GHz. Daran werden S11 und S21 
Messungen durchgeführt. Kalibrieren tue ich das Gerät mit einem e-cal 
Kit.

Die Messvorrichtung sieht so aus:

Eine Messkammer, bestehend aus zwei Mikrowellenantennen, wo ich in der 
Mitte eine Probe zur Schirmdämpfungsmessung anbringe. Gemessen wird wie 
erwähnt s21 und s11 gleichzeitig.

Meine Frage:
Wie würdet ihr die Messkammer Kalibrieren. Oder reicht die 
Gerätekablibrierung mit den Kabeln, aber ohne angeschlossene Messkammer, 
aus?

Vielen Dank
Xxx

: Verschoben durch Moderator
von Vanye R. (vanye_rijan)


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> Wie würdet ihr die Messkammer Kalibrieren.

Alles genauso wie zur Messung aufbauen und nur deine Probe weglassen.

> Oder reicht die Gerätekablibrierung mit den Kabeln, aber ohne
> angeschlossene Messkammer, aus?

Das meinst du doch nicht ernst oder?

Vanye

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Der VNA misst ein Zweitor, auch Vierpol genannt. Also muss man für die 
Messaufgabe erst mal ein Zweitor bauen. Schirmung bewegt sich oft in 
Bereichen deutlich über 60 dB, da wird es mit dem VNA schwierig.

Ein Spektrumanalysator mit Trackinggenerator hat eine größere 
Messdynamik, misst aber nur skalar. Ist eine vektorielle Messung 
überhaupt gefordert?

Suche nach "Schirmdämpfungsmessung" findet z.B.:
https://www.sgs-cqe.de/de/schirmdaempfungsmessung.html
https://schirmungstechnik.de/messung_und_berechnung/schirmdaempfungsmessung/
https://emc.hs-bremen.de/schirmung.html

von Max K. (maxhead)



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Hallo,
im Anhang ist die Messvorrichtung zu sehen.
Meine spezielle Frage ist, ob ihr den Sample Holder auch kalibieren 
würdet und wenn, wie? Natürlich leer, ohne Probe. Aber wie nach nach 
welcher Methode kalibrieren?

Derzeit kommt statt des Sample Holders ein e-Cal Kit an die Kabel, um 
zumindest bis zu den Kabelenden kalibriert zu haben und muss ich nicht 
noch den angeschlossenen Sample Holder irgendwie nullen oder 
kalibrieren?

Grüße
M.

Christoph db1uq K. schrieb:
> Der VNA misst ein Zweitor, auch Vierpol genannt. Also muss man für
> die
> Messaufgabe erst mal ein Zweitor bauen. Schirmung bewegt sich oft in
> Bereichen deutlich über 60 dB, da wird es mit dem VNA schwierig.
>
> Ein Spektrumanalysator mit Trackinggenerator hat eine größere
> Messdynamik, misst aber nur skalar. Ist eine vektorielle Messung
> überhaupt gefordert?

Hallo,

ich messe S21 und S11 gleichzeitig

von Bert 0. (maschinist)


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Bei S21 hast Du doch sowieso 4 Kalibrierschritte:
Open, Short, Load führst Du am Kabelende durch, Through dann mit 
Probeadapter ohne Probe.

Gruß... Bert

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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Max K. schrieb:
> Meine spezielle Frage ist, ob ihr den Sample Holder auch kalibieren
> würdet und wenn, wie?

Da der Halter eine relevante Länge (Abstand von den den Ports zur Probe) 
hat, muss man die auf die Ports bezogene S-Matrix um diese Länge 
korrigieren, wenn die Referenzebenen der Messung in den Ports, bzw. den 
Kabelenden, liegen. Je nach Frequenz können die Fehler sonst 
beträchtlich sein.

Da der Zeichnung zufolge die Messkammer koaxial mit definiertem 
angepassten Wellenwiderstand aufgebaut ist, kann man im einfachsten Fall 
die gemessene S-Matrix so transformieren, dass zwei Leitungsstücke 
zwischen Port und Probe hinzugerechnet werden. Das kann der VNA 
normalerweise in der Firmware, Stichwort: "Port Extension" (oder 
"Offset" bei R&S). Man kann eine ideale Leitung annehmen 
(charakterisiert nur durch die elektrische Länge) oder auch noch eine 
Dämpfungsmodell dazunehmen, wobei das bei einer Luftleitung eher nicht 
nötig sein wird. Bessere VNA können die elektrische Länge (bei offener 
Messkammer) auch automatisch ermitteln ("Auto Length").

Noch genauer geht es, wenn man an der Stelle, an der die Probe sitzt, 
einen möglichst idealen Kurzschluss anbringen kann. Dann kann der VNA 
mit "Fixture Compensation" bezogen auf den Kurschluss die zur Länge 
passende Korrekturphase (und einen Korrekturwert für die 
Leitungsverluste) für die beiden Leitungsstücke automatisch ermitteln -- 
nicht nur global in Form einer Ausbreitungs- und Dämpfungskonstante der 
Leitung, sondern gemessen für jeden Frequenzpunkt.

Bert 0. schrieb:
> Open, Short, Load führst Du am Kabelende durch, Through dann mit
> Probeadapter ohne Probe.

Dann müsste man dem Kalibrieralgorithmus aber die elektrische Länge der 
Messkammer mitteilen. Wenn die einfach als Null eingegeben wird, sind 
die Messungen der Port-Match-Fehlerterme phasenverschoben. Das wirkt 
sich bei der Vektor-Fehlerkorrektur auf alle vier S-Parameter aus, und 
kann ziemlichen Zahlensalat ergeben.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Ein Koaxkabel, das innen mit einem "Abschirmblech" komplett 
kurzgeschlossen ist, soll also vom VNA durchtunnelt werden? Wieviele zig 
dB Dämpfung ergibt das?

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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Christoph db1uq K. schrieb:
> Ein Koaxkabel, das innen mit einem "Abschirmblech" komplett
> kurzgeschlossen ist, soll also vom VNA durchtunnelt werden?

Wie meinen?

Im einfachsten Fall misst man bei Fixture Removal die Phasenverschiebung 
(und damit die elektrische Länge), die die ideale und angepasste Leitung 
(halbe Messkammer) durch Reflexion bei einem Kurzschluss am Ende 
verursacht, und kompensiert diese dann. Für jeden der beiden Ports.

Man kann auch das Ende offen lassen, allerdings ist ein offenes Ende 
i.d.R. schlechter definiert als ein Kurzschluss, und die 
Fringing-Kapazität verursacht eine zusätzliche unbekannte 
Phasenverschiebung. Muss man bei der Korrekturrechnung nur 
berücksichtigen, ob Open oder Short, denn davon hängt der Phasensprung 
bei der Reflexion an.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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https://www.mikrocontroller.net/attachment/638882/Measurement-test-setup-based-on-the-ASTM-D4935-18-procedure-and-sample-geometries-and.png

Wenn ich die Zeichnung richtig verstehe, wird im "Coaxial Sample Holder" 
zuerst ein Dummy "reference sample" dazwischengesetzt, und zur Messung 
dann eine Scheibe "load sample". Die dürfte aus abschirmendem Material 
bestehen, also im einfachsten Fall ein rundes Weißblech. Ob der 
Innenleiter mit dem Blech verbunden ist, also kurzgeschlossen oder 
isoliert spielt keine große Rolle, beides bewirkt eine sehr hohe 
Durchgangsdämpfung. Die Phasenlage des Messignals dürfte dabei 
uninteressant sein.

Wenn in den 80ern ein Gehäusehersteller überhaupt eine Angabe zur 
Schirmdämpfung machen konnte, dann bezog er sich vielleicht auf den 
damaligen Sollwert für Antennenverstärker von >40 dB. Die wurden 
irgendwann auf >90 dB erhöht. Ist ja nur etwa das doppelte...

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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Christoph db1uq K. schrieb:
> Wenn ich die Zeichnung richtig verstehe
> [...]
> Die Phasenlage des Messignals dürfte dabei
> uninteressant sein.

Hier müsste der TO mitteilen, was genau er wie messen will, und wie die 
Messkammer genau aussieht. Oben schrieb er was von S11 und S21. Wenn er 
tatsächlich diese Größen haben will, und nicht nur deren Betrag, muss er 
auf jeden Fall die Länge der Messkammer kompensieren. Das macht man -- 
wie gesagt -- im einfachsten Fall, indem man die Phase aus einer 
Reflexionsmessung bis zu einem Kurzschluss am Ende der Test Fixture 
misst. Und zwar BEVOR man die Probe misst. Die an der Probe gemessene 
S-Matrix transformiert man dann geeignet mithilfe der zuvor ermittelten 
Daten.

Christoph db1uq K. schrieb:
> Die wurden
> irgendwann auf >90 dB erhöht. Ist ja nur etwa das doppelte...

Ist mit einem vernünftigen modernen VNA aber gut messbar. Schau Dir mal 
die typischen Dynamikbereich-Kurven z.B. für einen R&S ZNB8 an (> 140 
dB). Die Messung dauert dann halt in dem Bereich nur etwas.

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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Christoph db1uq K. schrieb:
> 
https://www.mikrocontroller.net/attachment/638882/Measurement-test-setup-based-on-the-ASTM-D4935-18-procedure-and-sample-geometries-and.png

Der Dateiname legt einen Bezug zur ASTM D 4935 nahe. Gerade mal 
nachgeschaut:

https://www.dinmedia.de/de/norm/astm-d-4935/290736282

Diese Art der koaxialen Messung (TEM-Mode) scheint eher für Folien und 
Abschirmgewebe gedacht zu sein. Ob den TO da das komplexe S21 bzw. S11 
interessieren, muss er selber wissen. Wenn es nur um Beträge geht, kann 
man den Einfluss der Messkammer sicher unter den Tisch fallen lassen. 
Ich weiß aber nicht, was genau in der Norm steht.

: Bearbeitet durch User
von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Anfangs hieß es:
"Eine Messkammer, bestehend aus zwei Mikrowellenantennen, wo ich in der
Mitte eine Probe zur Schirmdämpfungsmessung anbringe."

Auf dem genannten Bild, das Max anschließend zeigte:
"im Anhang ist die Messvorrichtung zu sehen."

Da sehe ich eine (für die Referenzmessung stoßstellenarme) durchgängige 
Koaxverbindung, keine Antennen.

In meinem ersten Link steht:
"Wir bieten Schirmdämpfungsmessungen an kleinen und großen Gehäusen oder 
Schränken bis hin zu großen Räumen an, z. B. Containern mit 
EMV-Schirmung für IT-Server, Leitstände o. Ä.
Zusätzlich haben wir auch die Möglichkeit, die Schirmwirkung von 
planaren Materialien zu ermitteln."
Der Aufwand ist beträchtlich:
"mit HF-Absorbern ausgekleidete Schirmräume"
"Messung in einem speziell von uns entwickelten Schirmgehäuse"
"Messung in einem sogenannten „Specimen Holder“ nach der Norm ASTM 
D4935"

In meinem zweiten Link ist wieder eine Antennenanordnung gezeichnet:
https://schirmungstechnik.de/wp-content/uploads/Messverfahren.png
Der "Prüfling" sieht so aus, als ob die Hochfrequenz einfach darüberweg 
springen könnte, in Wirklichkeit sollten die Antennen sich möglichst 
nicht "sehen".

Schließlich mein dritter Link, der drei Normen auflistet:
https://emc.hs-bremen.de/schirmung.html

ASTM4935 - Schirmdämpfungsmessung einer TEM-Welle über eine koaxiale 
Leitung, Bereich 100 MHz bis 2000 MHz
IEEE299 -  Schirmdämpfungsmessung über Doppel-Absorberkammermessung mit 
Apertur, Bereich 1000 MHz bis 6000 MHz
Nahfeldschirmung -  Schirmdämpfungsmessung des magnetischen oder 
elektrischen Feldes im Nahfeld über geschlossene Messbox, Bereich 1 kHz 
bis 500 MHz

Was denn nun?

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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Christoph db1uq K. schrieb:
> "Messung in einem sogenannten „Specimen Holder“ nach der Norm ASTM
> D4935"

Das entspricht dem Bild, das der TO gepostet hat, und die Art der 
Messung ist nach etwas googeln offenbar tatsächlich Teil der ASTM D 
4935-Norm, auf die ich keinen Volltextzugriff habe.

> Was denn nun?

Das muss der TO sagen.

von Karambo (Gast)


Angehängte Dateien:

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Max K. schrieb:
> Wie würdet ihr die Messkammer Kalibrieren.

Standwellen
SCNR

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