Eigenbau eines Vektor Netzwerkanalysators für ... - SDR-Kits
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<strong>Eigenbau</strong> <strong>eines</strong> <strong>Vektor</strong><br />
<strong>Netzwerkanalysators</strong> für<br />
Amateurfunkzwecke<br />
Prof. Dr. Thomas Baier<br />
DG8SAQ<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
Ziele<br />
• Messbereich mindestens<br />
100 KHz … 30 MHz<br />
• Ausreichende Genauigkeit um<br />
S-Parameter für Simulationen zu<br />
verwenden<br />
• Nutzung der Möglichkeiten <strong>eines</strong> Standard-<br />
PCs<br />
• Möglichst geringer Hardwareaufwand<br />
• Möglichst Standardbauteile, mit<br />
Amateurmitteln lötbar<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006
Prinzip VNWA<br />
Brücke<br />
TX<br />
RX<br />
30 MHz<br />
RF-DDS<br />
DUT<br />
Reflect<br />
DDS<br />
Takt-<br />
Generator<br />
Referenz<br />
29,97 MHz<br />
LO-DDS<br />
Parallelschnittstelle PC Soundkarte<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
AD9851 DDS-Baustein<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006
Ausgangsspektrum <strong>eines</strong><br />
DDS-Bausteins<br />
aus Datenblatt AD9851, Analog Devices<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
DDS Aliasfrequenzen<br />
Spektren RF und LO DDS<br />
400<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390<br />
eingestellte RF-Frequenz<br />
Rechenbeispiel:<br />
Clockfrequenz RF-DDS: 180 MHz<br />
Clockfrequenz LO-DDS: 170 MHz → ZF: 10 MHz<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006
Taktgenerator für DDS<br />
LO-DDS-Takt<br />
XO<br />
30 MHz<br />
VCXO<br />
1024<br />
1<br />
≈ 30 kHz<br />
Phasenvergleicher<br />
29,97 MHz<br />
RF-DDS-Takt<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
Referenzsignal gemessen<br />
‣ Nutzbarer Frequenzbereich: 200 Hz … ca. 500 MHz<br />
‣ Ausnahmen:<br />
In der Umgebung von ganzzahligen Vielfachen der<br />
Taktfrequenz (180MHz, 360 MHz, 540 MHz …) ist die<br />
Signalamplitude Null. → keine Messung möglich<br />
≈ 30 kHz<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006
Standard-Messbrücke<br />
BALUN<br />
Problem:<br />
Lösung:<br />
Breitbandige Realisierung des BALUN<br />
Gilbert Cell Mixer<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
Gilbert Cell Mixer NE612<br />
LO<br />
IF+ IF -<br />
RF+<br />
RF-<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006
Brücke<br />
Problem: Frequenzgang des DC-Blocks im Hz - Bereich<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
Realisierung (1)<br />
zur Parallelschnittstelle zum Line In +12V/250mA<br />
100mm<br />
TX<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
RX
Realisierung (2)<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
Messung von Eintoren …<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006
… und Netzwerksynthese (1)<br />
… z.B. mit APLAC:<br />
Circuit Diagram [...] (E)<br />
Sweep Init (E)<br />
Sweep<br />
"Initial analysis"<br />
LOOP 400 FREQ LIN 10.685Meg 10.714925Meg<br />
W 0 Y "Gain" "dB" -30 0<br />
W 1 SMITH<br />
LOAD "F64A.s1p"<br />
Show<br />
+ W 0 Y MagdB(S(2,1))<br />
+ W 0 Y MagdB(S(1,1))<br />
+ W 0 Y MagdB(S(2,2))<br />
+ W 1 DB S(1,1)<br />
+ DB S(2,2)<br />
EndSweep<br />
port_1<br />
270ohm<br />
port_2<br />
270ohm<br />
LOAD "F64B.s1p"<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
Netzwerksynthese (2)<br />
0.00<br />
Initial analysis<br />
APLAC 8.00 Student version FOR NON-COMMERCIAL USE ONLY<br />
Gain<br />
-7.50<br />
dB<br />
-15.00<br />
-22.50<br />
-30.00<br />
10.685M 10.692M 10.700M 10.707M 10.715M<br />
f/Hz<br />
MagdB(S(2,1))<br />
MagdB(S(1,1))<br />
MagdB(S(2,2))<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006
Messung von Zweitoren<br />
HP8753C<br />
angepasst<br />
VNWA<br />
angepasst<br />
VNWA<br />
Z S<br />
= Z L<br />
= 50 Ω<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
Untere Frequenzgrenze (1)<br />
Anpassung simuliert<br />
zwangsangepasst<br />
Z S<br />
= Z L<br />
= 610 Ω<br />
Bsp: 11 kHz<br />
ZS = ZL = 50 Ω<br />
S 11<br />
ungenau durch Mischerkompression!<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006
Untere Frequenzgrenze (2)<br />
Anpassung simuliert<br />
zwangsangepasst<br />
Z S<br />
= Z L<br />
= 610 Ω<br />
Bsp: 11 kHz<br />
Z S<br />
= Z L<br />
= 50 Ω<br />
Verbesserung durch 10dB Dämpfungsglied am TX Ausgang<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
Obere Frequenzgrenze (1)<br />
Bsp: 400 MHz<br />
VNWA<br />
HP8753C<br />
S 21<br />
ungenau durch Mischerkompression oder Ausgangsfehlanpassung<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006
Obere Frequenzgrenze (2)<br />
Bsp: 400 MHz<br />
VNWA<br />
HP8753C<br />
Verbesserung durch 10 dB Dämpfungsglied vor RX-Eingang<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006<br />
Zusammenfassung<br />
Erreicht:<br />
• 200 Hz – 500 MHz mit Lücken abgedeckt, insbesondere<br />
VLF-UKW, 2m, 70cm<br />
• Genauigkeit ausreichend für Schaltungssynthese<br />
• Geringer Hardwareaufwand, abgleichfrei<br />
• Universell verwendbare Software<br />
• Prinzipielle Messgenauigkeit: 0,01dB und 0,1°,<br />
momentan noch größere Fehler durch Mischer<br />
Optimierungen:<br />
• Großsignalfestere Mischer oder …<br />
• … niedrigerer RF-Pegel und höhere ZF-Verstärkung<br />
• Berücksichtigung von Thru-Match bei der Kalibrierung<br />
• Warnung bei Übersteuerung<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006
Ausblick<br />
• Erweiterung Frequenzbereich mit anderem<br />
DDS (AD9858 – 1 GHz)<br />
• Komplett neue Hardware in Kombination<br />
mit der bisherigen Software:<br />
YIGs, Diodenmischer, Richtkoppler<br />
für Frequenzen bis 18 GHz<br />
Prof. Dr. Thomas Baier / DG8SAQ Juli 2006
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