HAM RADIO Den Historiske Udvikling for DG8SAQ Vektor Netværk Analysator: Nye muligheder for VNWA3 DG8SAQ

Transkript

1 HAM RADIO 2012 Den Historiske Udvikling for DG8SAQ Vektor Netværk Analysator: Nye muligheder for VNWA3 PROF. DR. THOMAS BAIER DG8SAQ Oversat til Dansk af OZ7OU Hochschule Ulm Prittwitzstrasse Ulm HAM RADIO

2 Foredragsprogram Hvad er Spredningsparametre? Hvordan fungerer VNWA en og hvordan er den blevet til? Nyheder med anvendelses- eksempler Tak til: - Eric Hecker - Fred Schneider - Giuseppe Gristina - Mario Armando Natali HAM RADIO

3 Det handler om Spredning af Bølger Optisk indfaldende a 1 b 2 gennemgående reflekteret b 1 Linse Elektrisk DUT DUT : DEVICE UNDER TEST HAM RADIO

4 S-Parametre = Spredningsparametre S ik Port Tor 11 Tor Port 2 2 a 1 S 21 S 12 a 2 Z L S 11 S 22 Z L b 1 b 2 To-Port Zweitor Kompleks S-Parameter: S ik = b i / a k S ik består af komplekse Tal med enværdi og en Fase! HAM RADIO

5 S-Parameter S 11 S 11 = Refleksionsdæmpning a 1 b 2 DUT b 1 S 11 b a 1 1 VSWR 1 1 S S HAM RADIO

6 S-Parameter S 21 S 21 = Gennemgangsdæmpning a 1 b 2 DUT b 1 S 21 b a 2 1 HAM RADIO

7 VNWA kan måle disse S-Parametre! S S DUT DUT : DEVICE UNDER TEST HAM RADIO PTEE 2011

8 Udviklingen og Virkemåden (1) Princip for en VNWA Signalkilde Indfaldende Reflekteret DUT Transmitteret Programmerbar Signalkilde INDFALDENDE (R) REFLEKTERET (A) SIGNAL ADSKILLELSE TRANSMITTERET (B) MODTAGER / DETEKTOR PROCESSOR / DISPLAY 3 koherante Modtagere Program Styring Data behandling og Grafik HAM RADIO

9 Udviklingen og Virkemåden (2) Funktionsblokke Direkte Digital Synthesizer (DDS) 3 Gilbert-Celle Blandere + DDS + PC Lydkort (ZF = mellemfrekvens) Programmerbar Signalkilde 3 koherante Modtagere Programafvikling Data behandling og Grafik HAM RADIO

10 Udviklingen og Virkemåden (3) Den Principielle Opbygning HAM RADIO

11 Nyquistgrenze Udviklingen og Virkemåden (4) Problem: DDS Alias frekvenser RF DDS LO DDS Alle Alias-frekvenser blandes til samme mellemfrekvens enten Lavpasfilter, eller HAM RADIO

12 Udviklingen og Virkemåden (5) Chance: LO DDS med forskudt Clock RF DDS LO DDS F C2 Alle Alias-frekvenser kan, med henblik på udvidelse af frekvensområdet, benyttes individuelt HAM RADIO

13 Udviklingen og Virkemåden (6) Resultat: VNWA1 HAM RADIO

14 Udviklingen og Virkemåden (7) VNWA1 Måleplads HAM RADIO

15 Udviklingen og Virkemåden (8) Nye Udviklingsmålsætninger Motivering: Til brug i undervisningen Frekvensområde > 500 MHz Kontinuerligt frekvensområde (uden huller ) Opbygning på et PCB kort / Reproducerbarhed Optimeret for lav kostpris HAM RADIO

16 Udviklingen og Virkemåden (9) Kontinuerligt Frekvensområde Signal huller2 i frekvens området omkring multiplum af Clockfrekvens Løsning: variabel Clockfrekvens gennem Clock multiplikations-pll (Integreret i DDS) HAM RADIO

17 Udviklingen og Virkemåden (10) Resultat: VNWA2 Frequensområde: 1 khz >1,3 GHz Dynamik: >90 db (f 500 MHz) >60dB iøvrigt S11, S21 Måling Styring via en PC parallel port (LPTx) Signal behandling med eksternt PC Lydkort Printudlæg: Dan Andersson M0DFI HAM RADIO

18 Udviklingen og Virkemåden (10) Milepæl i 2009: Byggesæt via SDRKits SDRKits = Jan Verduyn G0BBL Ex. Maritim Telegrafist Ex. Motorola Ingeniør Pensioneret Radioamatør Halle A1 Stand E812 HAM RADIO

19 Udviklingen og Virkemåden (11) Nye Markedsstyret grænsfladebetingelser Stadig færre PC er med Parallel Port Stadig færre PC er med Stereo-Line-In HAM RADIO

20 Udviklingen og Virkemåden (12) VNWA2-USB USB Interface Controller USB Audio Codec Strømforsyning via USB, kun et kabel til PC en HAM RADIO

21 Udviklingen og Virkemåden (13) VNWA3: monteret på SMD/PCB robot TCXO +Tilføjet en Clock-PLL!! HAM RADIO

22 Udviklingen og Virkemåden (14) Færre støjpulser p.g.a. fleksibel Clock-PLL VNWA2 VNWA3 yderligere optimerbar via Software VNWA3 Open, 8000 Punkter, 0,34ms/Punkt HAM RADIO

23 Udviklingen og Virkemåden (15) Optionelle VNWA3 Udvidelser Ekstra Audio-Codec for samtidig måling af S 11 und S 21 VNWA3E Ekstern Clock indgang Udvidelse for fuldautomatisk to-port analyse, ved brug af eksternt Transfer relæ HAM RADIO

24 Anvendelser: Impedansmåling HAM RADIO

25 Impedansmåling (2) Variant 1: Refleksionsfaktor måling Optimal for Z x nær 50 Ω Cal: SOL Z x S S HAM RADIO

26 Impedansmåling (3) Variant 2: I-Måling Optimal for Z x stor RX mister Strøm gennem Z x Cal: Thru HAM RADIO

27 Impedansmåling (4) Variant 3: V-Måling Optimal for Z x lille Cal: SOL RX mister spænding over Z x HAM RADIO

28 Impedanzsmåling (5) Variant 4: RF-IV-Måling Z x V I Cal: SOL Z x Optimal for alle Z x Kombination af I- og V-måling RF-IV Testhead (målehoved): HAM RADIO

29 Impedansmåling (6) Sensitivitet af Varianterne 1-4 Effekten af forøgelse af Z x med 10% af dens måleværdi: Z x S 11 I V V / I 0,1 Ω -0,04% 0,01% -9,96% 9,97% 51 Ω 480,68% 3,27% -3,08% 6,56% 100 kω 0,01% 9,08% 0,00% 9,99% RF-IV måling er altid lige følsom! HAM RADIO

30 Impedans for en 100 pf SMD Kondensator: Effekten af 2 nh i Load Standard Rs Cs Ca. 50% Rs-Fejl Praktisk ingen Cs-Fejl Load-Modellen især kritisk ved Q målinger! HAM RADIO

31 Nyt: Low Loss Capacitor (LLC) som yderligere Kalibrations Standard Passer alligevel! Falsk! ophæver Load Model-fejl!!! HAM RADIO

32 Den som har et ur, ved altid hvad klokken er HAM RADIO

33 Den som har TO ure, er ikke helt sikker! 1 2 Mine to Rubidium Frequenznormaler Hvor præcist løber de synkront? HAM RADIO

34 Anvendelse Frekvens sammenligning: VNWA3 som Fase detektor: Præcis Fasemåling med VNWA3 VNWA3E Frekvensafvigelse kalkuleres ud fra faseforskel HAM RADIO

35 Frekvens sammenligning (2) Målenøjagtighed 3 Sweep med 10 Punkten og 0,1s / Punkt TCXO sammenlignet med sig selv 1s Måletid ca ±10 µhz Spredning!!! HAM RADIO

36 Frekvens sammenligning (3) Rubidium 1 vs. Rubidium 2 over 260s Afvigelse = -0,0025 Hz ± 0,0003 Hz ved 10 MHz 2, HAM RADIO

37 Allan deviation/frequency [rad] Frekvens sammenligning (4) Allan afvigelse ud fra VNWA-Måling Rubidium Standard 1 målt i forhold til Rubidium Standard aus HAM RADIO Time [sec]

38 Frekvens sammenligning (5) Rubidium Standard vs. VNWA3 TCXO Afvigelse = -3 Hz ± 1 Hz ved 10 MHz -0,3 ppm HAM RADIO

39 Anvendelse tids-domæne analyse Cable 75 Ω Cable 50 Ω Cable 25 Ω open Frequency Domain Time Step Response HAM RADIO

40 Tids-domæne analyse (2) At finde den defekte pære i juletræ-lyskæden HAM RADIO

41 Anvendelses eksempel Hulrumsresonator HAM RADIO

42 Hulrumsresonator (2) Laveste Resonator tilstand: f c 3 10 m/s 0 J01 2 r 6,28 9,5cm 8 2, MHz HAM RADIO

43 Hulrumsresonator (3) Laveste Resonator tilstand: HAM RADIO

44 Hulrumsresonator (4) tom vs. fyldt HAM RADIO

45 Hulrumsresonator (5) HAM RADIO

46 Hulrumsresonator (6) Raket tank målt med VNWA3 HAM RADIO

47 Sammenfatning: VNWA3 er et alsidigt anvendeligt måleinstrument. Den er endog fyldestgørende for mange professionelle anvendelser! Den er i brug på alle 5 Kontinenter HAM RADIO

48 VNWA3 er nu i brug over hele verden. HAM RADIO

49 VNWA3 er nu i brug over hele verden. HAM RADIO

50 VNWA3 er nu i brug over hele verden. HAM RADIO

51 VNWA3 er nu i brug over hele verden. HAM RADIO

52 VNWA3 er nu i brug over hele verden. HAM RADIO

53 Til slut en advarsel: VNWA erne er vanedannende! HAM RADIO