Практика работы с VNA

UY0LL
Повідомлень: 1004
З нами з: 17 січня 2009, 11:31
Reputation: 1
Контактна інформація:

Практика работы с VNA

Повідомлення UY0LL » 31 жовтня 2016, 08:50

В этой теме предлагаю делиться опытом работы с VNA о которых упоминалось ранее в статье. Это могут быть примеры (методики) использования прибора для измерения характеристик фильтров, антенн, параметров LNA влияющих на Nf, затухания в линиях передач и проч.

В качестве примера использования VNA, в архиве RAR результаты моделирования и измерения параметров изготовленных антенн (до коррекции неточностей сборки) "WB5LUA DUAL 5760 & 10368 MHz FEEDHORN" для диапазона 5.7ГГц и Patch для диапазона 868МГц (фотографии и скриншоты).

Ниже привожу описание как воспользоваться VNA, параметрами S11/S21 и диаграммами Смита, чтобы включить полосовой фильтр между антенной и трансивером и при этом получить приемлемый КСВ, сохранив характеристики фильтра и не расстроив его импедансом антенны.

Задача:
- имеется антенна J-pole DK7ZB на 50МГц предварительно настроенная на высоте 1,5 над землей в отсутствии окружающих предметов на расстоянии 5 метров. После предварительной настройки антенна была установлена на высоте 15м над уровнем земли и на расстоянии немного больше метра от металлической мачты (см. фото). В месте установки нет физического доступа для подстройки антенны, доступен только разъем для подключения кабеля
- Имеется предварительно настроенный полосовой фильтр YU1LM и антенный усилитель 9A4QV
- Необходимо фильтр и усилитель смонтировать рядом с антенной и включить между антенной и кабелем, идущим к приемнику.

Последовательность действий:
1. Измеряем с помощью VNA импеданс антенны (разъем антенны) на рабочей частоте 50.3МГц. Для указанных выше условий импеданс антенны составил 63.74 +j32

0833603.png


2. Предварительно настраиваем фильтр, чтобы получить требуемые параметры. В моем экземпляре фильтра минимум затухания в полосе пропускания не совпадает с минимумом входного КСВ (см. скриншот одновременных измерений с помощью VNA : КСВ и затухание). По этой причине получаем компромиссный вариант настройки фильтра для частоты 50.3МГц - затухание не хуже 0.8дБ (вообще-то измеренные с помощью VNA потери на разъемах в измерительных переходах SMA-BNC и SMA-N-type составили 0.15дБ, поэтому измеренное затухание фильтра меньше) при КСВ 1.8 .

1601130.png


Измеренные параметры фильтра составили- импеданс: 35.1 +j3.23 , параметр S21 : -178 +j79.8

9609294.png


3. Для моделирования последовательного включения антенны, фильтра и приемника нормализуем измеренные параметры фильтра, чтобы использовать их в диаграмме Смита (пересчитываем импедансы для получения коэффициентов отражения при Zo = 50 Ом). Это можно сделать, используя онлайн калькулятор. Вводим в калькулятор значения импедансов в окошки Real / Imaginary , нажимаем calculate и получаем нормализованные значения S11 = -0.175 +j0.0446 , S21= 1.56 +j0.351
4. Строим модель цепочки устройств с помощью SimSmith , используя в качестве фильтра прототип S параметров (не перепутайте направление прототипа - слева вход, где мы измеряли параметр S11).
0937475.png

5. В результатах моделирования, видим, что КСВ на входе приемного усилителя составит 2.649. Чтобы получить приемлемый КСВ, необходимо согласовать антенну со входом фильтра, компенсировав реактивность j32, которая есть в импедансе антенны. Однако, смоделировав такую компенсацию с помощью подбора последовательно включенной емкости, мы видим, что КСВ улучшится всего до 1.8, т.к. требуется предварительная коррекция действительной части импеданса.

4065118.png


6. Подбираем шунтирующую индуктивность на разъеме антенны, которая позволяет получить КСВ 1.03. Количество витков для намотки катушки индуктивности можно рассчитать с помощью калькулятора.

0836273.png


Вот как выглядит последовательное изменение КСВ по цепочке элементов в нашей модели

0296269.png

UY0LL
Повідомлень: 1004
З нами з: 17 січня 2009, 11:31
Reputation: 1
Контактна інформація:

Re: Практика работы с VNA

Повідомлення UY0LL » 31 жовтня 2016, 08:57

Ниже на примере согласования входа усилителя на ГС35Б расскажу об особенностях использования отрезков кабелей для согласования импедансов.

Задача:
- имеетсяусилитель на ГС35Б, где используется следующая схемасогласования с возбудителем (трансивером).
- Необходимо улучшить согласование.

Последовательность действий:
1. Измеряем с помощью VNA входной импеданс усилителя на рабочей частоте 144.12МГц. При включенном питании и поданном сигнале PTT входной импеданс усилителя составил 29.57 -j5.13 . На следующем скриншоте видна разница импеданса для состояния PTT OFF.

2973297.png


6287516.png


2. КСВ для измеренного импеданса составил 1.7 Строим модель цепочки устройств с помощью SimSmith.

2361941.gif


3. Попробуем согласовать антенну с помощью отрезка кабеля. Для этого отметим на диаграмме окружность (красный цвет), соответствующую постоянному активному сопротивлению для КСВ=1. Пользуясь свойством линий передачи поворачивать импеданс на диаграмме, поворачиваем импеданс, пока он не пересечет красную линию.

Есть особенность в использования отрезков линии передачи для согласования импеданса на диаграмме Смита. Известно, что линии передачи от генератора к нагрузке (transmission line) на диаграмме Смита поворачивают импеданс по часовой стрелке. Но нам необходима линия передачи, чтобы от нагрузки повернуть импеданc в направлении генератора ( impedances ). Такая линия передачи на диаграмме поворачивает импеданс против часовой стрелки и мы подбираем в окошке параметров линии передачи (зеленый маркер) значение фазы в градусах (отрицательное, т.к. вращение против часовой стрелки), чтобы пройти от точки 1 до точки 2 (сиреневая линия).

0877395.gif


4. Для получения чисто активного сопротивления, последовательно с нагрузочной цепью подключаем конденсатор. Отрицательная величина емкости подбирается, чтобы обеспечить дальнейшее перемещение в точку 3, которое осуществляется по окружности активного сопротивления 50 Ом по часовой стрелке (зеленая линия).

Установив дополнительные цепи согласования (отрезок кабеля длиной 16.6см и конденсатор 43пФ, см. окошки параметров в соответствующих цепях согласования), измеряем параметры входного импеданса усилителя.

8074132.png


Ниже скриншот диаграммы Смита с отображением входного импеданса усилителя до модификации и после.

9579931.png


Также измеренные с помощью VNA диаграммы активной R и реактивной X составляющей комплексного импеданса.

5394145.png

UY0LL
Повідомлень: 1004
З нами з: 17 січня 2009, 11:31
Reputation: 1
Контактна інформація:

Re: Практика работы с VNA

Повідомлення UY0LL » 20 січня 2019, 18:25

Регульований аттенюатор від 0 до 31.5дБ до частоти 4 ГГц з кроком 0.5дБ на Arduino (опис проекту).



Повернутись до “Вимірювальні прилади”

Хто зараз онлайн

Зараз переглядають цей форум: Немає зареєстрованих користувачів і 1 гість