HAM RADIO 2012 Den Historiske Udvikling for DG8SAQ Vektor Netværk Analysator: Nye muligheder for VNWA3 PROF. DR. THOMAS BAIER E-mail: baier@hs-ulm.de DG8SAQ Oversat til Dansk af OZ7OU kurt@hamcom.dk Hochschule Ulm Prittwitzstrasse 10 89075 Ulm HAM RADIO 2012 1
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 2012 2
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 2012 3
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 2012 4
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 11 11 HAM RADIO 2012 5
S-Parameter S 21 S 21 = Gennemgangsdæmpning a 1 b 2 DUT b 1 S 21 b a 2 1 HAM RADIO 2012 6
VNWA kan måle disse S-Parametre! S S 11 21 DUT DUT : DEVICE UNDER TEST HAM RADIO 2012 7 PTEE 2011
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 2012 8
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 2012 9
Udviklingen og Virkemåden (3) Den Principielle Opbygning HAM RADIO 2012 10
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 2012 11
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 2012 12
Udviklingen og Virkemåden (6) Resultat: VNWA1 HAM RADIO 2012 13
Udviklingen og Virkemåden (7) VNWA1 Måleplads HAM RADIO 2012 14
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 2012 15
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 2012 16
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 2012 17
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 2012 18
Udviklingen og Virkemåden (11) Nye Markedsstyret grænsfladebetingelser Stadig færre PC er med Parallel Port Stadig færre PC er med Stereo-Line-In HAM RADIO 2012 19
Udviklingen og Virkemåden (12) VNWA2-USB USB Interface Controller USB Audio Codec Strømforsyning via USB, kun et kabel til PC en HAM RADIO 2012 20
Udviklingen og Virkemåden (13) VNWA3: monteret på SMD/PCB robot TCXO +Tilføjet en Clock-PLL!! HAM RADIO 2012 21
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 2012 22
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 2012 23
Anvendelser: Impedansmåling HAM RADIO 2012 24
Impedansmåling (2) Variant 1: Refleksionsfaktor måling Optimal for Z x nær 50 Ω Cal: SOL Z x 50 1 1 S S 11 11 HAM RADIO 2012 25
Impedansmåling (3) Variant 2: I-Måling Optimal for Z x stor RX mister Strøm gennem Z x Cal: Thru HAM RADIO 2012 26
Impedansmåling (4) Variant 3: V-Måling Optimal for Z x lille Cal: SOL RX mister spænding over Z x HAM RADIO 2012 27
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): http://www.makarov.ca/ HAM RADIO 2012 28
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 2012 29
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 2012 30
Nyt: Low Loss Capacitor (LLC) som yderligere Kalibrations Standard Passer alligevel! Falsk! ophæver Load Model-fejl!!! HAM RADIO 2012 31
Den som har et ur, ved altid hvad klokken er HAM RADIO 2012 32
Den som har TO ure, er ikke helt sikker! 1 2 Mine to Rubidium Frequenznormaler Hvor præcist løber de synkront? HAM RADIO 2012 33
Anvendelse Frekvens sammenligning: VNWA3 som Fase detektor: Præcis Fasemåling med VNWA3 VNWA3E Frekvensafvigelse kalkuleres ud fra faseforskel HAM RADIO 2012 34
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 2012 35
Frekvens sammenligning (3) Rubidium 1 vs. Rubidium 2 over 260s Afvigelse = -0,0025 Hz ± 0,0003 Hz ved 10 MHz 2,5 10-10 HAM RADIO 2012 36
Allan deviation/frequency [rad] 10-7 5 2 10-8 5 Frekvens sammenligning (4) Allan afvigelse ud fra VNWA-Måling Rubidium Standard 1 målt i forhold til Rubidium Standard 2 2 10-9 5 2 10-10 5 aus http://tf.nist.gov/general/glossary.htm 1 2 2 10-11 10-1 5 10 0 5 10 1 5 10 2 5 10 3 5 10 4 HAM RADIO 2012 37 Time [sec]
Frekvens sammenligning (5) Rubidium Standard vs. VNWA3 TCXO Afvigelse = -3 Hz ± 1 Hz ved 10 MHz -0,3 ppm HAM RADIO 2012 38
Anvendelse tids-domæne analyse Cable 75 Ω Cable 50 Ω Cable 25 Ω open Frequency Domain Time Step Response HAM RADIO 2012 39
Tids-domæne analyse (2) At finde den defekte pære i juletræ-lyskæden http://www.pa4tim.nl/?p=345 HAM RADIO 2012 40
Anvendelses eksempel Hulrumsresonator HAM RADIO 2012 41
Hulrumsresonator (2) Laveste Resonator tilstand: f c 3 10 m/s 0 J01 2 r 6,28 9,5cm 8 2,405 1209MHz HAM RADIO 2012 42
Hulrumsresonator (3) Laveste Resonator tilstand: HAM RADIO 2012 43
Hulrumsresonator (4) tom vs. fyldt HAM RADIO 2012 44
Hulrumsresonator (5) HAM RADIO 2012 45
Hulrumsresonator (6) Raket tank målt med VNWA3 HAM RADIO 2012 46
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 2012 47
VNWA3 er nu i brug over hele verden. HAM RADIO 2012 48
VNWA3 er nu i brug over hele verden. HAM RADIO 2012 49
VNWA3 er nu i brug over hele verden. HAM RADIO 2012 50
VNWA3 er nu i brug over hele verden. HAM RADIO 2012 51
VNWA3 er nu i brug over hele verden. HAM RADIO 2012 52
Til slut en advarsel: VNWA erne er vanedannende! HAM RADIO 2012 53