22-07-2015, 9:50
Zbudowałem eksperymentalny VNA w oparciu o syntezę AD9851 i m.in. kostkę AD8302 (detektor wzmocnienia i fazy). Ma on służyć głównie celom edukacyjnym, aby poznać dokładnie zasadę działania VNA, ale mam nadzieję na jego wykorzystanie praktyczne do pomiarów impedancji czwórników i pomiaru anten.
Wczoraj uzyskałem pierwsze pomiary, które nazywam "analogowymi", bo wyniki uzyskane są na ekranie oscyloskopu, a nie komputera i programu dla VNA.
Oczywiście na upartego oscyloskop jest cyfrowy, a więc wyniki gdzieś tam po drodze i tak były zdigitalizowane, ale proszę nie łapać mnie za słówka - wiadomo o co chodzi i jaka jest różnica ;-)
No i teraz chciałbym zamieścić parę zrzutów ekranu i poprosić bardziej doświadczonych Kolegów (szczególnie w temacie VNA) o pomoc w interpretacji wyników.
Wejścia pomiarowe kości AD8302 zostały podłączone do sprzęgacza kierunkowego, a więc mierzą różnicę między sygnałem padającym a odbitym.
Oscyloskop pokazuje poziom sygnału na wyjściu AD8302 w dziedzinie częstotliwości. Kanał 1 (kolor żółty na ekranach) to poziom dla PHASE, a kanał 2 (kolor niebieski) to poziom dla MAGNITUDE. Cała szerokość ekranu oscyloskopu to przemiatanie od 0 do 30MHz - środek więc to 15MHz. Wysokość ekranu oscyloskopu to mniej więcej poziom od 0V (na samym dole) do 1.8V (na górze), a więc cały możliwy zakres poziomu wyjściowego w odniesieniu do napięcia referencyjnego 1.8V w kostce AD8302.
No i teraz jakie uzyskałem wyniki dla różnych elementów podpiętych do portu pomiarowego sprzęgacza:
Wynik dla portu otwartego (nic nie podpięte):
[attachment=10175]
Wynik dla portu zwartego (terminator zero omów):
[attachment=10176]
Wynik dla terminatora 50 omów (pełne dopasowanie):
[attachment=10177]
Wynik dla podpiętej cewki 1uH:
[attachment=10178]
Wynik dla podpiętego kondensatora 680pF:
[attachment=10179]
Wynik dla anteny w postaci kawałka (parę metrów) drutu rozwieszonego w pokoju:
[attachment=10180]
A teraz kilka moich wątpliwości co do interpretacji tych wyników:
1. Dlaczego mamy taką różnicę w fazie pomiędzy portem otwartym a zwartym?
Wynik pomiaru sugerowałby, że sygnał odbity od portu zwartego ma taką samą fazę (AD8302 podaje 1.8V dla 0st. przesunięcia fazy), a sygnał odbity od portu otwartego ma fazę odwróconą o 180st.
Czy teoria zgadza się tu z wynikami, czy też coś źle to interpretuję?
2. Jak przy pomiarach VNA stwierdzić, czy mamy do czynienia z reaktancją indukcyjną czy pojemnościową? Oczywiście dla czystej cewki albo kondensatora mamy sprawę jasną, bo reaktancja pojemnościowa maleje, a indukcyjna rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości. Ale jak stwierdzić czy mamy do czynienia z pojemnościową czy indukcyjną na skomplikowanym wykresie zmiany fazy przy pomiarze anteny? Kostka AD8302 daje nam tylko wartość przesunięcia fazy, ale nie daje nam znaku (plus czy minus)...
3. Jak na podstawie pomiaru MAGNITUDE stwierdzić, czy obciążenie ma za małą czy za dużą impedancję w porównaniu do wzorca 50 omów? Zarówno dla portu otwartego jak i zwartego mamy MAGNITUDE na podobnym poziomie - czy do stwierdzenia "za dużo", albo "za mało" musimy właśnie brać pod uwagę fazę?
Czyli dla fazy <90st. mamy "za małą impedancję", a dla fazy >90st. mamy "za dużą impedancję" obciążenia w stosunku do 50 omów wzorca?
4. Jak zinterpretować ten ostatni pomiar anteny? Mamy przesunięcie fazy wahające się w okolicach od 130st. do 180st. w całym zakresie częstotliwości, czyli mamy impedancję znacznie większą od 50 omów, a tam gdzie pojawiają się piki MAGNITUDE impedancja nieco spada, ale nie dochodzi do 50 omów - zgadza się?
5. No i wreszcie jak interpretować to zagięcie na początku wykresu dla portu otwartego i zwartego? Czy to już problem z działaniem transformatorów w sprzęgaczu kierunkowym dla zbyt niskich częstotliwości? Czy nawinięcie większej liczby zwojów w transformatorach (a więc obniżenie użytecznej minimalnej częstotliwości pracy) nie pogorszy ogólnej charakterystyki lub jej części dla większych częstotliwości?
Będę wdzięczny za wszelkie podpowiedzi i dyskusję.
Pozdrawiam,
Rafał
SP3GO
Wczoraj uzyskałem pierwsze pomiary, które nazywam "analogowymi", bo wyniki uzyskane są na ekranie oscyloskopu, a nie komputera i programu dla VNA.
Oczywiście na upartego oscyloskop jest cyfrowy, a więc wyniki gdzieś tam po drodze i tak były zdigitalizowane, ale proszę nie łapać mnie za słówka - wiadomo o co chodzi i jaka jest różnica ;-)
No i teraz chciałbym zamieścić parę zrzutów ekranu i poprosić bardziej doświadczonych Kolegów (szczególnie w temacie VNA) o pomoc w interpretacji wyników.
Wejścia pomiarowe kości AD8302 zostały podłączone do sprzęgacza kierunkowego, a więc mierzą różnicę między sygnałem padającym a odbitym.
Oscyloskop pokazuje poziom sygnału na wyjściu AD8302 w dziedzinie częstotliwości. Kanał 1 (kolor żółty na ekranach) to poziom dla PHASE, a kanał 2 (kolor niebieski) to poziom dla MAGNITUDE. Cała szerokość ekranu oscyloskopu to przemiatanie od 0 do 30MHz - środek więc to 15MHz. Wysokość ekranu oscyloskopu to mniej więcej poziom od 0V (na samym dole) do 1.8V (na górze), a więc cały możliwy zakres poziomu wyjściowego w odniesieniu do napięcia referencyjnego 1.8V w kostce AD8302.
No i teraz jakie uzyskałem wyniki dla różnych elementów podpiętych do portu pomiarowego sprzęgacza:
Wynik dla portu otwartego (nic nie podpięte):
[attachment=10175]
Wynik dla portu zwartego (terminator zero omów):
[attachment=10176]
Wynik dla terminatora 50 omów (pełne dopasowanie):
[attachment=10177]
Wynik dla podpiętej cewki 1uH:
[attachment=10178]
Wynik dla podpiętego kondensatora 680pF:
[attachment=10179]
Wynik dla anteny w postaci kawałka (parę metrów) drutu rozwieszonego w pokoju:
[attachment=10180]
A teraz kilka moich wątpliwości co do interpretacji tych wyników:
1. Dlaczego mamy taką różnicę w fazie pomiędzy portem otwartym a zwartym?
Wynik pomiaru sugerowałby, że sygnał odbity od portu zwartego ma taką samą fazę (AD8302 podaje 1.8V dla 0st. przesunięcia fazy), a sygnał odbity od portu otwartego ma fazę odwróconą o 180st.
Czy teoria zgadza się tu z wynikami, czy też coś źle to interpretuję?
2. Jak przy pomiarach VNA stwierdzić, czy mamy do czynienia z reaktancją indukcyjną czy pojemnościową? Oczywiście dla czystej cewki albo kondensatora mamy sprawę jasną, bo reaktancja pojemnościowa maleje, a indukcyjna rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości. Ale jak stwierdzić czy mamy do czynienia z pojemnościową czy indukcyjną na skomplikowanym wykresie zmiany fazy przy pomiarze anteny? Kostka AD8302 daje nam tylko wartość przesunięcia fazy, ale nie daje nam znaku (plus czy minus)...
3. Jak na podstawie pomiaru MAGNITUDE stwierdzić, czy obciążenie ma za małą czy za dużą impedancję w porównaniu do wzorca 50 omów? Zarówno dla portu otwartego jak i zwartego mamy MAGNITUDE na podobnym poziomie - czy do stwierdzenia "za dużo", albo "za mało" musimy właśnie brać pod uwagę fazę?
Czyli dla fazy <90st. mamy "za małą impedancję", a dla fazy >90st. mamy "za dużą impedancję" obciążenia w stosunku do 50 omów wzorca?
4. Jak zinterpretować ten ostatni pomiar anteny? Mamy przesunięcie fazy wahające się w okolicach od 130st. do 180st. w całym zakresie częstotliwości, czyli mamy impedancję znacznie większą od 50 omów, a tam gdzie pojawiają się piki MAGNITUDE impedancja nieco spada, ale nie dochodzi do 50 omów - zgadza się?
5. No i wreszcie jak interpretować to zagięcie na początku wykresu dla portu otwartego i zwartego? Czy to już problem z działaniem transformatorów w sprzęgaczu kierunkowym dla zbyt niskich częstotliwości? Czy nawinięcie większej liczby zwojów w transformatorach (a więc obniżenie użytecznej minimalnej częstotliwości pracy) nie pogorszy ogólnej charakterystyki lub jej części dla większych częstotliwości?
Będę wdzięczny za wszelkie podpowiedzi i dyskusję.
Pozdrawiam,
Rafał
SP3GO
