Messungen mit dem Vektor Netzwerkanalysator VNWA

Messungen mit dem
Vektor Netzwerkanalysator
VNWA
Bodo Scholz, DJ9CS
dj9cs@darc
darc.de
1
VNWA

Inhalt des Vortrages
Skalarer Netzwerkanalysator
Vektorieller Netzwerkanalysator
VNWA von DG8SAQ
- Aufbau
- Streuparameter
- Kalibrieren
Messen mit dem VNWA
Filter, Antennenanalysator, Bauteile, LCR-Meter,
Quarze, Zeitbereichsreflektometrie, , ...
VNWA als Spektrumanalyzer
dj9cs@darc
darc.de
2
VNWA

Skalarer Netzwerkanalysator
dj9cs@darc
darc.de
3
VNWA

Skalarer Netzwerkanalysator
Ein Beispiel für einen skalaren Netzwerkanalysator
ist der bekannte Netzwerktester NWT vom FUNKAMATEUR
dj9cs@darc
darc.de
4
VNWA

Vektor Netzwerkanalysator
dj9cs@darc
darc.de
5
VNWA

Vektor Netzwerkanalysator VNWA von DG8SAQ
dj9cs@darc
darc.de
6
VNWA

Frequenzbereiche von Vektor Netzwerkanalysatoren
für Funkamateure
Analysatoren, die auch Zweitor-Messungen ermöglichen
dj9cs@darc
darc.de
7
VNWA

Prinzip des VNWA von DG8SAQ
dj9cs@darc
darc.de
8
VNWA

DDS Ausgangssignale
dj9cs@darc
darc.de
9
VNWA

dj9cs@darc
darc.de
10
VNWA
Taktfrequenzen der DDS
Max. Taktfrequenz der DDS laut Datenblatt: 400 MHz

dj9cs@darc
darc.de
11
VNWA
Streuparameter
Z L Wellenwiderstand der Leitung

dj9cs@darc
darc.de
12
VNWA
Streuparameter
Allgemein gilt folgender Zusammenhang
b 1 = S 11 x a 1
b 2 = S 21 x a 1
+ S 12 x a 2
+ S 22 x a 2
für Anpassung am Tor 2 gilt a 2 = 0
S 11 = b 1 / a 1
S 21 = b 2 / a 1

dj9cs@darc
darc.de
13
VNWA
Streuparameter
S 11 Eingangsreflexionsfaktor
S 21 Vorwärtstransmissionsfaktor
S 22 Ausgangsreflexionsfaktor
S 12 Rückwärtstransmissionsfaktor

dj9cs@darc
darc.de
14
VNWA
Streuparameter
Aus den Streuparametern und dem bekannten Wellenwiderstand Z L
lassen sich alle anderen Größen berechnen. Als Beispiele seinen
hier das Stehwellenverhältnis und der komplexe Eingangswiderstand
betrachtet.
VSWR = (11 + IS 11
I) / ( 11 (1 - IS I)
11 Z = Z L
x (11 + S 11
) / ( 11 (1 - S 11
11 )

dj9cs@darc
darc.de
15
VNWA
Hauptplatine des VNWA von DG8SAQ

dj9cs@darc
darc.de
16
VNWA
Hauptplatine des VNWA von DG8SAQ

dj9cs@darc
darc.de
17
VNWA
VNWA mit USB-Interface und Soundchip

dj9cs@darc
darc.de
18
VNWA
Vektor Netzwerkanalysator VNWA von DG8SAQ

dj9cs@darc
darc.de
19
VNWA
Software VNWA - Kalibrieren
Sollfrequenz 10.000000 MHz
Bevor die VNWA Software genutzt werden kann, muss sie kalibriert werden.
Hier erfolgt die Frequenzkalibrierung über das Setup-Menü.

dj9cs@darc
darc.de
20
VNWA
Software VNWA - Kalibrieren
Hier erfolgt die eigentliche Kalibrierung des Messsystems.

dj9cs@darc
darc.de
21
VNWA
SMA Kalibrierstandards
Buchsen
Short Open
Load
Stecker

dj9cs@darc
darc.de
22
VNWA
VNWA mit Adapter auf N-NormN
Norm
SMA Buchsen und Stecker sind empfindlich und besitzen eine
Lebensdauer von >500 Zyklen. Für den täglichen Einsatz habe ich
einen Adapter auf die robusten N-Buchsen N
aufgebaut.

dj9cs@darc
darc.de
23
VNWA
Kalibrieren und Bezugsebene
N
SMA

dj9cs@darc
darc.de
24
VNWA
Kalibrieren und Bezugsebene
Die Kalibrierdaten werden abgespeichert
und dann im Setup entsprechend der
Konfiguration / Bezugsebene vor den
Messungen ausgewählt.

dj9cs@darc
darc.de
25
VNWA
Smith Diagramm
VSWR = 2
Kurzschluss
50 Ohm
offen

dj9cs@darc
darc.de
26
VNWA
Dynamikbereich
Übersprechen

dj9cs@darc
darc.de
27
VNWA
Beispiel Tiefpassfilter
Die gemessenen komplexen Daten
können im Touchstone-Format
exportiert werden.
Für dieses Beispiel: 80mTP-1.s2p
In diesem Standardformat kann ein
Austausch mit Geräten von R&S
oder Agilent (HP) stattfinden.
Ebenso können die Daten wieder
zur weiteren Bearbeitung in die
VNWA-Software importiert werden.

dj9cs@darc
darc.de
28
VNWA
Beispiel Tiefpassfilter
Importieren von
80mTP-1.s2p
in die VNWA Software
Bedienung und mögliche Darstellungen
der Software zeigen.

dj9cs@darc
darc.de
29
VNWA
Messbereich bis 1300 MHz
Messobjekt: 20cm SMA Kabel mit 100 Ohm Abschluss

VNWA als Antennenanalysator
Daten am Eingang der
Speiseleitung bei 3.71 MHz
Dipol mit Speiseleitung soll bei 3.71 MHz betrieben werden
dj9cs@darc
darc.de
30
VNWA

dj9cs@darc
darc.de
31
VNWA
VNWA als Antennenanalysator
Matching Tool
Eingabedaten
- 3.71 MHz
- 24.61 Ohm II 694 pF
Ausgabedaten
Anpassnetzwerk
- Cp = 998 pF
- Ls = 1.42 µH

dj9cs@darc
darc.de
32
VNWA
VNWA als Antennenanalysator
Dipol mit Speiseleitung plus Anpassnetzwerk bei 3.71 MHz
In der Versuchsschaltung sind die L und C Werte nicht ganz exakt umgesetzt

dj9cs@darc
darc.de
33
VNWA
VNWA als Antennenanalysator
2m Vertikalantenne
Messung am Ende von ca. 22m Koaxkabel

dj9cs@darc
darc.de
34
VNWA
VNWA als Antennenanalysator
70cm Vertikalantenne
Messung am Ende von ca. 22m Koaxkabel
Umrechnung auf den Ort der Antenne selbst

dj9cs@darc
darc.de
35
VNWA
Messungen an Bauteilen
Serienresonanz
bei 86.3 MHz
100 pF mit langen Anschlussdrähten

dj9cs@darc
darc.de
36
VNWA
Messungen an Bauteilen / LCR-Meter

dj9cs@darc
darc.de
37
VNWA
Messungen an Bauteilen / LCR-Meter

dj9cs@darc
darc.de
38
VNWA
Ausmessen von Quarzen
15 MHz Quarz

dj9cs@darc
darc.de
39
VNWA
tool
“crystal analyzer“
Ausmessen von Quarzen
model fit

dj9cs@darc
darc.de
40
VNWA
Zeitbereichsreflektometrie
Fehlerortung auf Kabeln
Impedanzänderungen auf einem Kabel führen zu Reflexionen.
Diese Reflexionen führen frequenzabhängig zu periodischen
Impedanzänderungen am Kabelanfang.
Die Entfernung vom Kabelanfang zur Störung bestimmt die Periode
dieser Variationen.
Kurze Entfernung > lange Periode
Lange Entfernung < > kurze Periode

dj9cs@darc
darc.de
41
VNWA
Zeitbereichsreflektometrie
Beispiel: 2 Koaxkabel mit Kupplung hintereinander geschaltet

dj9cs@darc
darc.de
42
VNWA
Zeitbereichsreflektometrie
ECO FLEX 10 mit Verkürzungsfaktor 0.86

dj9cs@darc
darc.de
43
VNWA
VNWA als Spektrumanalyzer
Der VNWA ist nicht als Spektrumanalyzer entworfen worden,
kann aber doch rudimentär als solcher eingesetzt werden.
Bei Durchgangsmessungen (S21) arbeitet der VNWA mit dem
RX-Eingang als Überlagerungsempfänger mit digitaler Filterung
auf der ZF-Ebene. Zu beachten ist, dass aufgrund des
ungefilterten LO DDS Signals Phantomsignale im Spektrum
angezeigt werden können.

dj9cs@darc
darc.de
44
VNWA
VNWA als Spektrumanalyzer
Analyse eines Signals aus einem Si570 bei 6.6 MHz

VNWA als Spektrumanalyzer
dj9cs@darc
darc.de
Analyse eines Signals aus einem SMDU Signalgenerator
Frequenz bei 432 MHz, 10 kHz Amplitudenmodulation
45
VNWA

dj9cs@darc
darc.de
46
VNWA
Integrierte Help-Funktion
Es gibt kein Handbuch zum VNWA.
Die integrierte Help-Funktion bietet eine ausführliche
Unterstützung bei Einrichtung und Betrieb des VNWA.
Als Handbuchersatz steht der komplette Inhalt des
Help-Files auf PDF Dokument zur Verfügung. Diese
VNWA_HELP.pdf
Datei kann hier heruntergeladen
werden:
http://sdr-kits.net/DG8SAQ/VNWA/VNWA_HELP.pdf

dj9cs@darc
darc.de
47
VNWA
Wo gibt es den VNWA und Unterstützung?
http://www.sdr-kits.net/
http://www.sdr-kits.net/VNWA/VNWA_Description.html
http://groups.yahoo.com/group/VNWA/ (Englisch)
Offizieller Platz zur Ankündigung von Updates,
für Fragen und Diskussionen rund um den VNWA.
http://www.qrpforum.de/index.php
php
(Deutsch)
Hier nach VNWA oder auch VNA suchen.
Dort sind viele Hintergrundinformationen und
hilfsbereite OMs zu finden.

dj9cs@darc
darc.de
48
VNWA
VNWA auf der Ham Radio 2010
SDR-Kits
ist in der Halle A1 Stand E43 vertreten.
Jan, G0BBL
wird dort alle weiteren Fragen zum VNWA, insbesondere
auch zu den Liefermöglichkeiten gerne beantworten. Er
hat eine begrenzte Anzahl von fertig aufgebauten Geräten
zum Verkauf mitgebracht.

Anmerkung
Ich habe hier den VNWA vorgestellt und ganz bewusst
auf Vergleiche mit anderen Systemen verzichtet.
So wie beim Kauf eines Autos oder Transceivers ist
jeder gefordert, sich über die unterschiedlichen
Systeme zu informieren und entsprechend seinen
Anforderungen eine Wahl zu treffen.
dj9cs@darc
darc.de
49
VNWA