HF-Messgerät: Transmission Mode für 2-Tor Netzwerke (z.b. Filter, Verstärker, Koppler usw.)

Transkript

1 HAMRADIO Sa. 23. Juni 2007 Dauer 10:00 11:30 Uhr minivna der kleinste Netzwerkanalysator der Welt Thomas Kimpfbeck DO3MT DE3TKP OV C14 Der Vortrag minivna der kleinste Netzwerkanalysator der Welt entstand aus einem Beitrag der CQDL 2/07. Autor des CQDL-Berichts und des Vortrag: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kimpfbeck DO3MT DE3TKP 1

2 Agenda Folie 2 technische Grundlagen, Marktübersicht, minivna innerer Aufbau, animierter Messablauf, Zusatzfolien Schaltung Videodemo/ Podcast, neue Version V Videodemo/ Podcast Messbeispiele Wilkinson-Combiner, Spule, Vergleichsmessungen Signalgenerator, Kalibrierung, weitere Tools Zusammenfassung, Vor- und Nachteile, Diskussion Im Rahmen des Vortrags werden vorweg einige technische Grundlagen besprochen. Basierend auf diesen grundlegenden Informationen werden Hard- und des minivna-messgeräts vorgestellt und deren Verwendung im Detail erklärt und an Beispielen vorgeführt. Das Kapitel handelt ebenfalls von einer. Ein etwas komplexeres Messbeispiel wird anhand eines 2m-Wilkinson- Combiners beschrieben, ebenso die Messung einer Spule, sowie Performancedarstellung durch Vergleichsmessung mit einem Profigerät. Das Kapitel behandelt allgemeine Tipps und Tricks mit usw. Das abschließende fasst alle Vor- und Nachteile zusammen. 2

3 Was ist ein Netzwerkanalysator? Folie 3 HF-Messgerät: Transmission Mode für 2-Tor Netzwerke (z.b. Filter, Verstärker, Koppler usw.) Reflection Mode für 1-Tor Netzwerke (Antennen, Abschlusswiderstände) Z Bodediagramm Übertragungsfaktor Filterdurchlasskurve VSWR Impedanz Reflexionsfaktor Ungeahnte Messmöglichkeiten für alle Funkamateure, sowie HF-Schaltungs- und Antennenentwickler Ein Netzwerkanalysator ist ein HF-Messgerät das z.b. die Übertragungscharakteristik eines Netzwerkes bestimmen kann Also z.b. die Durchlasskurve eines Tiefpassfilters oder eines Vorverstärkers. Die Box mit den Pfeilen zeigt in erster Linie, dass ein solches Netzwerk nur einen Teil der Leistung durchlässt, also am Eingang etwas zurück reflektiert wird. Betrachtet man das Netzwerk von seiner Ausgangsseite, so wird es auch dort etwas reflektieren, das liegt schlicht daran, dass kein Netzwerk eine perfekte Anpassung an die 50 Ohm des Messgerätes bietet. Der vereinfachte Fall ist die Messung einer Antenne, das Messgerät sendet ein Signal in die Antennenimpedanz und analysiert, was zurückreflektiert wird also die Antennenanpassung/ Reflektionsfaktor/ Impedanz 3

4 Was ist Reflexionsmessung? Hinlaufende Welle a1 Rücklaufende Welle b1 Reflexionsfaktor r Bezugsimpedanz Z 0 = 50 Ω Smith-Diagramm: Induktiv a 1 b 1 S 11 Z b r = a = Z Z0 Z Z Kurzschluss r = -1 (Z = 0) Leerlauf r = 1 (Z = ) Folie 4 Kapazitiv Anpasspunkt r = 0 (Normierung Z 0 = 50 Ω auf Z = 1) [1] Roth. Antennenbuch, 10. Auflage, S. 650 ff. Wie genau funktioniert also eine Reflexions- bzw. Antennenmessung? Der Netzwerkanalysator wobbelt auf dem gewünschten Frequenzbereich ein Eingangssignal, Wir bezeichnen es als Wellengröße a1. Das Betragsquadrat von a1 ist die Leistung dieses gewobbelten Eingangssignals. Durch Wurzelziehen erhält man daraus eine Amplitudengröße a1 in der Einheit Wurzel-Watt. Das klingt etwas komisch und man benutzt es auch so nicht. Durch die Verhältnisbildung b/a erhält man den Reflexionsfaktor r, der ausdrückt wie viel Leistung im Vergleich zur hingesendeten wieder reflektiert wird. Der Reflexionsfaktor r wird meist in db über den Frequenzbereich dargestellt, man kann ihn für Anpasszwecke auch ins Smithdiagramm eintragen, bzw. die gemessene Impedanz. Ein weitere Möglichkeit ist die Umrechnung des Reflexionsfaktors in das VSWR (ein Verhältniswert). Das Smithdiagramm selbst ist eine sehr hilfreiche Darstellung um z.b. eine gemessene Antennenimpedanz durch Anpassnetzwerke auf 50 Ohm zu transformieren. Die obere Hälfte des Smithdiagramms beinhaltet dabei die induktiven Impedanzen, die untere die kapazitiven. Als besondere Punkte auf dem Smithdiagramm sind zu nennen: der Kurzschlusspunkt, also 0 Ohm, dort ergibt sich ein Reflexionsfaktor von -1 (das Minus tritt deshalb auf, weil einlaufende Signal mit 180 Phasendrehung zu 100% reflektiert wird). Der Mittelpunkt des Diagramms ist der Wunschanpasspunkt, er wird auf 1 normiert und stellt im Amateurfunk immer 50 Ohm dar. Ganz rechts liegt der Leerlaufpunkt, also unendlich Ohm, dort wird ebenfalls das in das Netzwerk hinlaufende Signal reflektiert, jedoch mit der gleichen Phase (deshalb +1). 4

5 a 1 b 1 1+ r VSWR = 1 r [ db] = S = 20 ( r ) RL 11 log10 Folie 5 Nehmen wir als Beispiel für ein 1-Tor eine 2m-Yagiantenne und verwenden den Netzwerkanalysator an seiner Eingangsbuchse. Dabei kann das Koaxkabel für die Zuleitung ruhig mitgemessen werden, wir benutzen es ja später auch, wenn der Transceiver anstatt des Messgerät angebracht ist. Die hineinlaufende Welle wird nun an verschiedenen Stellen in der Leitung und der Antennenimpedanz reflektiert und erscheint als Welle b1 wieder der sog. DUT-Buchse des Netzwerkanalysators. Die des Analysators bestimmt wiederum das Verhältnis b/a und skaliert diesen Reflexionsfaktorlogarithmisch, um sehr kleine und sehr große Werte so zu verzerren, dass sie übersichtlich auf ein Diagramm passen. Man benennt diese Skalierung auf englisch mit Return Loss (=Rückflussdämpfung) oder als S11 (schlicht eine Abkürzung, ohne weiter daraufeinzugehen). Die db-werte sind negativ, da weniger zurückkommt, als hingeschickt wurde. Je negativer die Return Loss-Werte sind desto besser ist die Antenne, denn umso weniger wird an der Impedanz zurückreflektiert! Nun kennen wir aber aus dem Amateurfunk das VSWR, das ist schlicht eine etwas andere Skalierung des Reflexionsfaktors r. Für die schnelle Umrechnung befindet sich rechts oben eine kleine Umrechnungstabelle zwischen VSWR und Return Loss. Ein Beispiel zur 2-Tor-Messung folgt dann im weiteren Verlauf des Vortrages bei den Messbeispielen, weil es etwas umfangreicher ist werden die Grundlagen dann zusammen mit der konkreten Anwendung beschrieben werden. 5

6 Marktübersicht Messung Frequenz Ports Preis Reflexion, R+jX, Smith 200 khz - 60 MHz (DDS, + 3 dbm) 1 (S 11 ) TFT, RS232, USB, Windows, portabel 900,- EUR + Import Timewave TZ-900S Folie 6 [1] [2] Im Folgenden wird eine zwar nicht vollständige aber dennoch repräsentative Marktübersicht gegeben. Die Linkadressen können jeweils angeklickt werden. 6

7 Marktübersicht Messung Frequenz Ports Preis SWR, Z, C, L RF1: 1,2 35 MHz RF5: MHz & MHz 1(S 11 ) Aut. niedrig. SWR, ultra portabel, 9V Block 225,-/ 359,- EUR Autek RF1 Folie 7 [1] [2] 7

8 Marktübersicht Messung Frequenz Ports Preis SWR, Z, R+jX, 1,8 170 MHz (269 auch: MHz) 1(S 11 ) Frequenzzähler, opt. Dipmeter, Messsender 347,-/ 448,- EUR Folie 8 MFJ-259B/ MFJ-269 [1] [2] NTs: Groß und klobig, braucht 10 (zehn!) AA-Akkus für 12 V portabel nötig, nur 1 Port, kein PC-Anschluss Impedanz auch nur zw. 10 und 600 Ohm 8

9 Marktübersicht Messung Frequenz Ports Preis SWR, Z, R+jX, C, L, Q 400 khz - 54 MHz 1(S 11 ) Guter Kontrast, viele Anzeigemöglichkeiten, RS232, PC-, Gewicht 700g ca. 380 EUR CIA-HF Folie 9 [1] [2] 9

10 Marktübersicht Messung Frequenz Dynamik Ports Preis Durchgangsdämpfung, Wattmeter, (Z, SWR) 40 khz MHz 80 db (TL), 35 db (RL) 2, skalar Bausatz, externer Richtkoppler, gute Nebenwellenunterdrückung, Leistungsmessung, Kalibrieren möglich, Win/ Linux- ca. 169,- EUR (Richtkoppler ca. 30,- EUR) FA NWT01 Folie 10 Der Preis des NWT01 des FUNKAMATEUR ist wirklich knapp und gut kalkuliert. Man kann das Gerät auf der Webseite der FUNKAMATEUR bestellen und den Komplettbausatz dann zusammenbauen. Die Performance speziell für Durchgangsmessungen ist mit 80 db hervorragend, dies wird vor allem auch durch die Kalibrierungsmöglichkeiten erreicht. Für Reflexionsmessungen muss auf alle Fälle noch der Richtkopplerbausatz für 30,- EUR mitbestellt werden. Der Richtkoppler ist extern gehalten um z.b. Filtermessungen nicht zu stören. Für oder Impedanzbestimmung ist ein 50 Ohm Längswiderstand nötig. Das Gerät wird extern mit Spannung versorgt. Die Elektronik weist einen DDS AD9951 wie bei minivna auf, der Detektor ist eine Kombination aus dem logarithmischen 500 MHz Verstärker AD8307 und dem nachgeschalteten AD8361, ein 2,5 GHz True RMS Leistungsmesser mit einer Dynamik von 30 db. Damit ist jedoch nur skalare Dämpfungs-/ Verstärkungmessung möglich, es erfolgt keine Phasenauswertung. Die bietet darüber hinaus noch Bandbreitenbestimmung, Güte und Shapefaktor. 10

11 Marktübersicht Messung Frequenz Dynamik Ports Preis 2 S-Parameter + SWR, Z, uvm. 200 khz MHz 75 db (TL), 35 db (RL) 2 (S 11, S 21 ) TRL-Kalibrierung 360 Phasemessung (Quadraturverfahren) ca. 489 EUR + Import Tentec TAPR Folie 11 [1] [2] (!) Der Tentec TAPR wurde in den USA entwickelt und ist technisch sehr ausgereift und biete hohe Dynamik. Er verwendet zwar die gleichen Analog Devices Bausteine wie minivna, setzt aber eine Quadraturverfahren für die Phasenbestimmung ein. So können Phasenwerte von wie einem Profimessgerät bestimmt werden! Lediglich der Preis, sowie Importkosten und Zoll verhinderten, dass der TAPR ein Hit in Europa wurde. 11

12 Marktübersicht MS2034A VNA Master 2 MHz 4 GHz 153 db 2 Port Leistungsmesser Spectrum Analyzer Preis? Die drei Musketiere der Vektornetzwerkanalysatoren: R&S ZVL 9 khz 6 GHz 123 db -60 bis 10 dbm Rohde & Schwarz 2 Port ENA-L Opt. SA 30 khz 1,5 GHz Preis? Anritsu 115 db -45 bis 10 dbm 2 Port TDR, VBA Agilent ca. US$ Folie 12 Zum Vergleich werden hier ein paar Netzwerkanalysatoren von drei bekannten Herstellern Anritsu, Agilent und Rohde & Schwarz vorgestellt. Letzterer ist durch seine überragende Genauigkeit und Schnelligkeit Marktführer in diesem Messgerätesektor. Rohde & Schwarz bietet nun auch preiswertere Alternativen durch die Übernahme von Hameg, z.b. Hameg HM

13 - minivna Folie 13 Messung Frequenz Ports Dynamik Preis 2 S-Parameter + SWR, Z, X C, X L, R S,L 100 khz MHz 2 (S 11, S 21 ) 35 db (RL), 45 db (TL) Kalibrieren möglich sehr kompakte und leicht Strom aus USB USB 2.0, RS232, Bluetooth viel, Signalgen. Excel SW spektral reines Signal ca. 255 EUR minivna [1] [2] [3] Abschließend soll in dieser Reihe der minivna vorgestellt werden. Das Gerät bietet bei einem unschlagbaren Preis-Leistungs-Verhältnis fast alle vorgenannten Parameter und Messmöglichkeiten. Die Yahoo Group (siehe Link) ist Ansprechpartner bei Messproblemen oder Änderungswünschen der Hard- und. 13

14 das Team Vor ca. 3 Jahren VNA1 Davide Tosatti IV3HEV HAMRADIO 2006: minivna Generalvertrieb: WiMo (ohne Italien) Folie 14 Vor drei Jahren hatten Davide und Alex die Idee für den VNA1, der nur Reflexionsmessungen (also VSWR usw.) durchführen konnte. Der VNA1 besaß einen LPT-Anbindung eine einfache, wobei die noch selbst aufzubauen war. Auf der HAMRADIO 2006 wurde erstmals der minivna vorgestellt, der aus den Vorerfahrungen entstand und nun USB-Anbindung hatte, fertig aufgebaut war und auch Transmission messen konnte. Den weltweiten Generalvertrieb hält WiMo. 14

15 Blockschaltbild DUT PDC10 TP AD9951 DDS Ref Richtkoppler For 0,1 180 MHz 25 MHz DET HMC197 HF Schalter Equalize- Leitung AD8302 HF Detektor Dual, Log AMP Forward Reflect Phase Schaltkontrolle MAX3221 RS232 FT232BM USB RS232 Atmega8L µprozessor RS232 USB Folie 15 Die des minivna soll mithilfe dieses Blockschaltdiagramms erklärt werden: Der DDS erhält einen Referenzclock von 25 MHz und wird intern mit einer PLL auf 400 MHz hochmultipliziert. Der DDS gibt Sinussamples aus einem ROM ab. Für höhere Frequenzen reduziert er die Sampleanzahl, für tiefere werden die Samples vielfach ausgegeben. Ein 14-Bit DA-Wandler erlaubt exakte Auflösung von 1/16384, der Ausgangspegel liegt bei ca. 0 dbm. Ein mehrstufiges Tiefpassfilter mit einer 3 db- Grenzfrequenz bei 170 MHz dient zur Interpolation eines idealen Sinus aus der diskreten Version, sowie zur Oberwellenreduktion im Allgemeinen. Der Richtkoppler ist ein 400 MHz Plugin Bi Directional Coupler PDC10BD aus der HF- Schmiede Minicircuits und bietet derzeit eine preiswerte und vollintegrierte Lösung für Richtkoppler mit sehr guter Performance. Bis 160 MHz hat er weniger als 0,75 db Einfügedämpfung und eine typische Entkopplung von 35 db (40 db), damit können VSWR-Messung bis 1:1,06 durchgeführt werden. Mehr zu den Minicircuits Richtkopplern steht in der FA 12/06. Der AD8302 Chip ist ein 2.7 GHz Amplituden- und Phasen-Detektor. Er ist ebenfalls von Analoge Devices und genauso vollintegriert, wie der DDS. Als Dynamikbereich gibt der Hersteller -60 bis 0 dbm an, die nur für den Vorwärtsübertragungsfaktor (S21) im Transmission Mode voll ausgenutzt werden können. Zur zusätzlichen Empfindlichkeitssteigerung hat der Schaltungsentwickler noch ein 10 db Dämpfungsglied eingefügt. Der AD8302 Detektor logarithmiert die am Richtkoppler anliegenden Werte der Rückflussdämpfung (40dB) und Phasenlage (0-180 ) und gibt sie als Spannungen 0V bis 1.8V aus. Die im Atmega8 befindlichen A/D-Wandler digitalisieren die beiden Größen und stellen sie am seriellen Ausgang zur Verfügung. Der HF-Schalter HMC197 dient der Umschaltung zwischen Reflexions- und Transmissionsmessung, er hat nur 0,4 db Einfügedämpfung bis 1 GHz. Die genauen Schaltpläne liegen im Anhang bei. 15

16 Spezialmesszubehör Adapter: N auf Gardena 50 Ω -2 bar Wasser- und HF-dicht!... 19,80 EUR Wer viel misst, misst viel Mist ;-) Folie 16 16

17 - Performance 180 Phasenauflösung Fehler nahe 0 /180 Folie 17 Speziell den AD8302 wollen wir noch im Detail betrachten. Hier ein Auszug aus dem Datenblatt. Der AD8302 kann die Phasen zweier Signale vergleichen, dies funktioniert mathematisch nur von Da bei 0 bzw. 180 Sättigungseffekte im Chip auftreten ist an diesen Extrempunkten mit Fehlern zu rechnen (gezackte Kurve) die zwischen -7 und +7 liegen können. 17

18 Programmierer: Davide Tosatti (IW3HEV), Alessandro Zanotti (IW3IJZ); Update: G3RXQ V2.2.9 für Windows 98/2000/XP/Vista Auch für DOS, Linux und PDA (Pocket PC, Win.CE) PC mit 500 MHz CPU Auf CD-ROM + USB-Treiber mitgeliefert Aktuellste Version von Anfragen und Wünsche in Yahoo Group Datenspeicherung als.vec und als.csv (für Excel) Installation etwas umfangreich, Instruktionsvideo/ Podcast bei WiMo Folie 18 Es ist empfehlenswert, einen Laptop für Messungen einzusetzen, um mit dem minivna bestmögliche Mobilität zur erreichen. Für Anwender, die gerne auch mal auf den 10m Gittermast klettern um die Antenne vorort zu testen empfiehlt sich die Anbindung an einen PDA oder man installiert minivna dort fest und funkt die Daten per Bluetoothoption zum Rechner. 18

19 - Demo I Folie 19 Siehe Videodownload: Siehe Videodownload: (7,5 MB) 19

20 NEU minivna V Folie 20 Neue Features der Version 2.3.0: Automatische Erkennung des virtuellen COM Ports Generatorfrequenz-Kalibrierung Reflexion/Transmission-Kalibrierung Konfigurationsfenster anstatt.ini-datei Großdarstellung von SWR und Frequenz Niedrigere CPU-Auslastung Optische Verbesserung Single Sweep Warnung bei USB-Trennung Vorder-/ Hintergrundfarbe ändern (Kontrast) Automatischen Kabellängenmessung Realisiert durch Harry DK3SI und Stewart G3RXQ als Open Source Projekt! Fast alle Wünsche aus dem Forum berücksichtigt Echtes Opensource! Im Yahoo-Forum haben viele Funkamateure und Bastler Fragen und Anregungen geschrieben. Im Juni 2007 war die Zeit Reif für eine Erweiterung des Version In meinem Testbericht in der CQDL habe ich einige Nachteile noch nicht gravierend empfunden. Aber auch ein minivna muss sich den Konkurrenzgeräten stellen und das Preisleistungsverhältnis muss attraktiv sein. Wir Betatester bemühten uns die Bugs und Fehlerchen zu finden, damit die neue für den Anwender auch stabil läuft. Die Funktionszuwachs ist enorm, dennoch sind noch einige Ideen in der Schublade, die wohl in absehbarer Zeit in ein weiteres Update einfließen könnten. 20

21 NEU minivna V COM-Port automatisch finden Hintergrundfarbe Diagramm Autoscale RL Verkürzungsfaktor Messpunkte Folie 21 Das neue Konfigurationsfenster ersetzt die.ini-datei. Es ist nun möglich den COM-Port bzw. den virtuellen COM-Port für den USB-Anschluss automatisch zu finden, das erspart etwas Sucherei für unerfahrene PC-Benutzer. Die Hintergrundfarbe des Diagramms kann nun individuell gestaltet werden schlicht Geschmacksache Der Verkürzungsfaktor für Leitungsmessung kann hier editiert werden, sowie das Trennzeichen für die.csv-datei Auch die automatische Skalierung der Return Loss Achse kann aktiviert werden, früher besaß die einen x2 Skalierbutton für manuelle Einstellung Die Anzahl der Messpunkte ist ebenfalls einstellbar. 21

22 NEU minivna V große Frequenzanzeige großes SWR z.b. für Außeneinsatz Folie 22 Das Häkchen L in der Markerzeile schaltet die Messwert-Lupe ein. Hier wird die Markerfrequenz und das SWR sehr groß angezeigt, das hilft z.b. bei Messungen im Außenbereich, wo der Laptop vielleicht etwas weiter weg steht Im Hintergrund ist übrigens die Duobandgummiwendelantenne des FT-817 mit äußerst schlechter Anpassung gezeigt. Gummiwendelantennen sollte eher mit einer Massefläche darunter angebracht werden, also direkt am Handfunkgerät, sonst klappt s nicht. 22

23 NEU minivna V Kalibrierung für Reflexionsmessung (OPEN) Kalibrierung für Transmissionsmessun g (THRU) Datei mit Kalibrierdaten jedes Messpunkts Folie 23 Im nächsten Schritt betrachten wir die Kalibrierungsmöglichkeiten der neuen Version: Für Reflexionsmessung, bleiben die Ports offen (OPEN) und ein Kalibriervorgang bestimmt Korrekturwerte für eine exaktere Reflexionsmessung Im Fall der Transmissionsmessung sind beide Ports mit einer verlustarmen kurzen 50 Ohm-Leitung zu verbinden, um auch hier Korrekturwerte für exaktere Messungen festzuhalten Die DDS-Frequenz kann mit einem Frequenzzähler genau bestimmt und in der korrigiert werden 23

24 NEU minivna V Achsen nur bei jeweils aktivierter Kurve angezeigt Pro Wert eine Achse Folie 24 Die Achsen werden nur angezeigt, wenn die jeweilige Messkurve aktiviert ist, um Verwirrung zu vermeiden. Es wird auch jeweils eine eigene Achse mit Unterteilung für jeden Wert verwendet. 24

25 NEU minivna V autm.kabellänge misst an identischen Phasenpunkten Folie 25 Zum Schluss soll noch die automatische Kabellängenmessung erwähnt werden. Nun entfällt das manuelle Setzen der Marker auf Phasengleiche Positionen, die setzt die Marker selbst und zeigt gemäß dem Verkürzungsfaktor die mechanische Länge des Kabels an. Das kleine Fenster des Einzelfrequenzgenerators ist noch weitere neue Funktion der Version und kann ganz einfach mit der Maus bedient werden, linke Maustaste = Stelle hochschalten, mit der rechten = herunterschalten. 25

26 + Programmierer: Dan Maguire, AC6LA VBA-basierte Excel-Tabelle (ab Office 97) minivna direkt ansteuern & messen einfache USB-Porteinstellung Smith-Diagramm (Vorzeichenauflösung X C, X L ) Autoskalierung der Achsen vollständige Datentabelle Folie 26 + von Dan Maguire (AC6LA) entstand in Kooperation mit DO1MGK. Es ist ein eigenständiges Kontroll- und Auswerteprogramm für den minivna auf MS Excel Basis. 26

27 + Demo II Dauer 3:30 min Siehe Videodownload: Folie 27 Siehe Videodownload: (7,5 MB) 27

28 Messbeispiel Transmission Wilkinson Combiner/ Splitter λ/4 71,1 Ω TRX λ/4 71,1 Ω 100 Ω Folie 28 3-Tor-Netzwerk Frequenzabhängig (λ/4) Mit 75 Ω Leitung realisiert Achtung Verkürzungsfaktor v c 0,8 Transmission 3 db/ Zweig Entkopplung db Zur Veranschaulichung der Transmissionmessung habe ich einen einfachen Wilkinson Combiner/ Splitter gebaut. Dieses Netzwerk besitzt 3 Tore und kann in einer Richtung als Aufteiler = Splitter fungieren oder in der anderen Richtung als Zusammenfasser = Combiner. Die Berechnung des Wilkinsoncombiners verlangt zwei λ/2 lange Koaxleitungsstücke (auch mit diskreten Spulen und Kondensatoren möglich) die 71,1 Ω Impedanz besitzen sollten. Auf einer Seite werden die beiden Koaxleitung am Innen- und Außenleiter miteinander verlötet, auf der anderen Seite werden nur die Innenleiter mit einem 100 Ω Widerstand verbunden und nach draußen geführt. Es empfiehlt sich natürlich 75 Ω Leitungen aus der Radio- und Fernsehtechnik zu benutzen, da diese leichter zu beschaffen sind. Inwieweit sich die Eigenschaften dadurch ändern wird im Nachfolgenden Podcast gezeigt. Es bleibt zu erwähnen, dass die meisten 75 Ω Leitung einen Verkürzungsfaktor (= Unterschied elektrische zu mechanischer Länge) von ca. 0,8 besitzen und nicht 0,66 wie gängige 50 Ω Leitung. Diesen Umstand hatte ich zu Anfang übersehen und dadurch die Leitung für einen 140 MHz Combiner zu kurz dimensioniert, d.h. er konnte erst ab ca. 160 MHz eingesetzt werden. Natürlich wäre es mit minivna auch möglich den Verkürzungsfaktor einer Koaxleitung messtechnisch zu bestimmen indem man die mechanischen Länge des Kabels (Lm) bestimmt und dann die elektrische Länge (Le). mit minivna misst (vorerst Verkürzungsfaktor im Programm auf v = 1 setzen). Der gesuchte Verkürzungsfaktor errechnet sich dann zu v = Lm/Le. Mögliche Einsatzgebiete für einen Combiner/ Splitter: Zwei Kontestempfänger können mit einer Antennen betrieben werden Zwei Endstufen können Phasenrichtung auf einen Antenne schaltet werden Ein Transceiver kann mit gestockten Richtantennen verbunden werden Es können auch mehrere Splitter kaskadiert werden, um z.b. einen Eingang auf vier oder acht Ausgänge Impedanzrichtung zu verteilen 28

29 Messbeispiele - Demo III Folie 29 Dauer 6:12 min Siehe Videodownload von: Siehe Videodownload von: 29

30 Messbeispiele - Spulenmessung Ansteigendes ІZІ bedeutet +jx, d.h. Induktivität, fallendes ІZІ Kapazität 1 2π f X X L= 2π f C= Messkurven ІZІ und ІXsІ, sowie Häkchen Xc/Xl aktiveren Folie 30 Oft liegt im Shack oder der Bastelwerkstatt kein Spulenmessgerät vor. In diesem Fall eignet sich der minivna auch als schnelle Messmöglichkeit. Spule einfach mit dem DUT-Port verbinden (muss nicht die Quick & DirtyMethode wie auf dem Bild sein) und auf Antenna-Messung klicken. Die interessanten Messkurven sind Z und Xs, wobei das Häkchen Xc/Xl ebenfalls aktivert sein soll. Ist nun die Impedanz Z in ein einem kleinen Frequenzbereich ansteigend (dort zuerst Marker 1 und daneben Marker 2 setzen), so wirkt das Bauteil dort induktiv und der Wert kann im letzten Markerfeld als Xl in uh abgelesen werden. Die Überprüfung im dazu passend benannten mini Ringkernrechner zeigt, dass der mit 17 Windungen bewickelte T50-1 Eisenkern tatsächlich ziemlich genau 3 µh hat. Allerdings ist der Ringkern lauf Amidon-Spezifikation eigentlich nur bis 5 MHz ausgelegt Genauso könnte man einen Kondensator bestimmen. Seine Reaktanz nimmt bei höheren Frequenzen ab. 30

31 Vergleichsmessungen Wiltron 360, MHz 2-Port SOLT-Kalibrierung Wiltron SMA Kalibriersatz minivna, 100 khz 180 MHz unkalibriert, v2.2.9 Folie 31 Für Vergleichmessungen dient eine Wiltron Netzwerkanalysator (Profimessgerät, Anschaffpreis war ca EUR). Der Wiltron Analysator wurde mit Hilfe von genauen Kalibrierstandards kalibriert, dabei verwendet man meist die Standards: Open (Impedanz undendlich Ohm ), Short (Kurzschluss 0 Ohm), Load (sehr guter 50 Ohm Abschlusswiderstand) und eine kurze nahezu verlustlose Koaxverbindung zwischen den beiden Messports. Hinweis zur neuen minivna Version 2.3.0: Die Messergebnisse sind durch die Kalibriermöglichkeit wesentlich besser. Es wird dabei mit einem Open Kalibriert. Die Ergebnisse sind hier bis 500 Ohm akzeptabel. + kalibriert Short, so sind dort die Ergebnisse <50 Ohm genauer. 31

32 Vergleichsmessung: Short (Kurzschluss) Folie 32 Ein Kurzschluss sollte wie der Name sagt Z = 0 Ohm z.b. im Smithdiagramm sein. Vor allem die Koaxadapter verursachen beim minivna bei höheren Frequenzen eine kontinuierliche Phasenänderung (siehe die beiden Graphiken oben). Die Impedanz ändert sich beim minivna auf bis zu 28 Ohm bei 180 MHz, verursacht durch Impedanztransformation. Diese würde auch beim Wiltron auftreten, bei diesem wurden jedoch dieser systematische Fehler genau mit diesem Standard vorab herauskalibriert. 32

33 Vergleichsmessung: Load (50 Ω) Folie 33 Die 50 Ohm zeigt der minivna auch ohne Kalibrierung relativ genau an. Bei 160 MHz misst er nahezu genau 50 Ohm Realteil, die Reaktanz jedoch wirkt sich bei höheren Frequenz verständlicherweise stärker aus, das SWR bleibt aber innerhalb von weniger als 1:1,1! 33

34 Vergleichsmessung: Open (Leerlauf) & Thru (Leitung) Folie 34 Der Open-Messstandard ist in der Praxis auch etwas schwierig messbar, wie der Wiltron-Analysator zeigt. Der minivna ist für höhere Impedanzen auch nicht mehr geeignet, hier sind die Abweichungen deutlich! Kurt Fischer, der Autor des Testberichts in der FA 2/07 zeigte an einem 650 Ohm Abschluss Fehler von 400% im Realteil und ca. 250% in der Reaktanz (verglichen mit einem Profigerät, das ca. 100% Fehler zeigte) Der letzte Vergleichsmessung einer Durchverbindung mit einer Koaxleitung zeigt speziell die Unterschiede in der Phasenmessung. Würde man die Phasenkurve (siehe Bild unten rechts) jeweils zur Hälfte hochklappen erhält man die Phasenkurve wie beim minivna. 34

35 .ini-datei Signalgenerator Smith Weitere minivna SW von Erwin PA7N Spurious Tool von Analog Devices minivna-viewer Folie 35 35

36 :.ini-datei Standard-Farbeinstellungen für Messkurven Frequenzgrenzen; Messpunkteanzahl (max. 1000; längere Messzyklen) Folie 36 Virtueller COM-Port für USB- Anschluss Tabelle üblicher Verkürzungsfaktoren Festlegung v c = 0,66 (z.b. für RG58) Kalibrierung in 1/10 db: auf 0 db für OPEN Offset für Transmission bei 50 Ω Abschluss Erklärung der.ini-datei der noch verbreiteten version In der neuen Version gibt ein eigenes Einstellfenster dafür. 36

37 : Signalgenerator Sweep Generator v2.0 von I2TZK Entspricht Wobbler + Oszilloskop Installation auf Italienisch! Folie 37 I2TZK hat ein einfaches Wobbelprogramm für den minivna geschrieben, es betrachtet nur die Amplitude, z.b. für Filtermessungen. 37

38 : Smith-Chart Folie 38 [1] Hat man z.b. mit der minivna oder die Eingangsimpedanz einer Antenne oder einer Schaltung bestimmt, kann mit Hilfe von Smith-Chart die Anpassung dieser Impedanz auf 50 Ohm durchführen, ohne viel über HF-Technik zu wissen! 38

39 : weitere SW für minivna von Erwin PA7N Folie 39 [1] Erwin PA7N hat in Eigenregie eine für seinen minivna geschrieben um einige Nachteile loszuwerden. So hat er eine einfache Drop-down Liste für den virtuellen COM-Port. Die Größe des Fensters ist veränderbar (klasse Idee) und die CPU-Auslastung ist beträgt nur etwa 1%. Diese ist vorerst eine Alphaversion, d.h. die Betaversion an der man herummeckern darf kommt erst noch, trotzdem ein guter Ansatz. 39

40 : Analog Device Design Tool Folie 40 [1] Analog Devices ist der Hersteller des DDS Chips AD9951. Zur Simulation der Ausgangssignale + der Oberwellen und Nebenprodukte hat der Hersteller ein Design Tool als Java-Applet ins Internet gestellt. 40

41 Folie 41 I2DMI: Fantastisch!!! Ich werden sofort meinen veralteten MFJ- 269 verkaufen DL5VZ: der neue [minivna] ist wirklich ein must have für alle Amateure die Antennen bauen + klein & leicht + USB/ RS232/ Bluetooth + sehr preiswert + Spannungsversorgung von USB + Super Programme und online Support - Phasenfehler +/- Genauigkeit +/- Skalen - Kalibrierung - CPU-Auslastung V230 M3KXZ: Ich habe den minivna seit ein paar Tagen, konnte aber bisher noch nicht aufhören zu messen [1] IZ3ATV: minivna ist das Beste was ich für mein Hobby jemals gekauft habe 41

42 Weltweite minivna-nutzer: Folie 42 DC3ZB aus Bleidenstadt im Taunusstein schreibt z.b. dass er das Gerät mit der Seriennummer 307 hat. GM7GWW aus Schottland schreibt er hätte Nr. 352 bekommen usw. 42

43 Folie 43 Vielen Dank für s Zuhören (Diskussion im Anschluss) Thomas Kimpfbeck DO3MT DE3TKP do3mt@darc.de Besonderer Dank für die Unterstützung des Vortrages gilt: Firma WIMO und Herrn Volkmar Junge DF2SS Firma Rohde & Schwarz GmbH, München Herrn Gerd Koetter, DO1MGK & minivna-yahoo Group und natürlich dem ganzen minivna Team! 43

44 Diskussion! Überblick - Agenda: technische Grundlagen, Marktübersicht, minivna innerer Aufbau, animierter Messablauf, Zusatzfolien Schaltung Messbeispiele Transmissionsmessung Wilkinson- Combiner, Spulenmessung Zusammenfassung, Vor- und Nachteile, Diskussion Fragen? Erfahrungsaustausch Ich benutze minivna für meine Portabelstation! Kann ich mit minivna Baluns messen? Wer hilft mir bei technischen Fragen? Kann ich minivna selbst bauen? Folie 44 Für Fragen wenden Sie sich bitte an die freundlichen OMs im Yahoo Forum: Dort bekommen Sie Neuigkeiten, Hilfe und Tipps zum Messen. 44

45 Zusatzfolie: Schaltplan I Folie 45 45

46 Zusatzfolie: Schaltplan II Folie 46 46

47 Zusatzfolie: Schaltplan III Folie 47 47