Guten Abend! Ich suche eine Art Tutorial/Einführung um einen Breitbandtansformator auszulegen. Ich möchte mit einem 2-Port-VNA einen Prüfling mit einem Wellenwiderstand von 15 Ohm im Frequenzbereich von 10 kHz bis 50 MHz vermessen. Der Trafo ist für eine bessere Anpassung an den 50 Ohm Eingang des VNAs gedacht. Meine konkreten Fragen sind: - Welche Ferrite kommen hierfür in Frage (EPCOS K1 bzw. K10?) - Wie weit werden die Kerne in solchen Anwendungen bei der niedrigsten Frequenz üblicherweise ausgesteuert (10 mT?) - Welche Wickelart ist zu bevorzugen? - Ist ein Trafo der richtige Ansatz oder lieber ein induktiver Spannungsteiler (Spartrafo) Danke und Gruß Eric
Ich glaube, bei graden Wicklungsverhältnissen wird es schwierig. Ein Trafo mit Primär einer Windung und Sekundär zwei Windungen (also 1:2) transformiert von 15 Ohm auf 60 Ohm. Könnte man "transformierende" Dämpfungsglieder verwenden? Wenn man 12 dB Dämpfung akzeptiert, geht es: http://www.sengpielaudio.com/Rechner-pad-Z.htm Das wären dann zusammen -24dB, nämlich für runter und wieder hoch... Wenn die Dämpfung nicht sonderlich stört, würde ich es so machen. Bei einem T-Glied heißt das konkret: 2R 42R 15 Ohm 15R 50 Ohm GND
Hey, danke für die Antwort! Die Dämpfung ist der kritische Punkt an der Messung. Ich rechne aus den S-Parametern auf ein T-Netzwerk zurück und hoffe durch die Anpassung den Realteil der Impedanzen besser erfassen zu können. Meine Idee ist einen Ferroxcube TX10/6/4-4C65 mit 36 Windungen für die 50 Ohm-Seite und mit 20 Windungen für die 15 Ohm-Seite zu bewickeln. Bei 10 kHz hätte ich bei 1 dBm ca. 25 mT Auslenkung. Die Windungen will ich soweit wie möglich verschachteln. Ist das eine gute oder eine weniger gute Idee? Sorgen macht mir die große Hauptinduktivität von ca. 65 uH, da fehlt nicht viel Kapazität, dass die Eigenresonanz des Trafos in meinem Messbereich liegt. Hat jemand einen Vorschlag, was für Draht die beste Option ist? Ich hab sowas nie mit lackisoliertem Draht gesehen, vermute, das hat einen Grund. Eric
Du kannst auch mit dem (zuvor kalibrierten) Netzwerkanalyzer ohne Anpasstrafo dein 15 Ohm Netzwerk durchmessen. Danach kannst du offline die Referenzimpedanz ändern - der VNA sagt dir, wie das Netzwerk in Bezug zu 50 Ohm aussieht, und du rechnest das dann einfach um auf 15 Ohm Bezugsimpedanz. Ich hab da mal eine Zusammenstellung geschrieben über diese Transformationen, kann ich morgen raus suchen. Nachteil: bei Impedanzen die nicht 50 Ohm sind, misst der VNA weniger genau. Das Problem kannst du aber nicht verhindern, denn mit dem Minimum Loss Pad kannst du zwar auf 50 Ohm anpassen, verlierst aber 24 dB und rutschst so näher zum Noisefloor. Es dürfte also gehupft wie gesprungen sein. Edit: hier ein kurzer Artikel zum Thema: https://www.emcs.org/acstrial/newsletters/spring08/pp2.pdf du willst Gleichung 19. Einfach für jeden Frequenzpunkt diese paar Matritzen multiplizieren. Da es nur 2x2 Matrizen sind, ginge das sogar notfalls noch mit Excel oder ähnlichem. Die Rechnerei erspart dir halt das Herstellen des Übertragers, den du dann ja auch noch kalibrieren musst....
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"Bei einem T-Glied..." Es geht auch einfacher, einfach zum 50 R Eingang zwei 43 R Hochfrequenz-Widerstände parallel schalten, dann stimmt die Anpassung auch. Dabei geht zwar Leistung verloren aber nicht Spannung, sollte für die Messeingänge also kein Problem sein. Grüße Löti
Moin, danke Tobias und Loti für die Antworten! Ich habe erste Messungen mit dem unangepassten Prüfling vorgenommen und komme damit nahe an die Werte, die der Prüfling theoretisch haben sollte. Die Umrechung der S-Parameter ist kein Problem für mich. Meine Anforderung ist es, die o.g. Realteile der Impedanzen des T-Ersatzschaltbildes des Prüflings möglichst präzise zu messen. Ich führe mit dem VNA eine Durchgangsmessung durch, mein Gedanke ist, dass die Messqualität besser wird, wenn ich den Prüfling durch ein Breitband-Trafo an die VNA-Port anpasse, weil dann weniger Leistung am Prüfling reflektiert und mehr Leistung durch ihn hindurchgeht. Anders formuliert, versuche ich das Signal-zu-Rauschverhältnis für S12 und S21 zu verbessern. Vor jeder Messung läuft der VNA auf jeden Fall erstmal warm und wird dann mit einem Referenz-Kit, dessen genaue Parameter in der Sofware des VNA hinterlegt sind, abgeglichen. LG Eric
Eric schrieb: > mein Gedanke ist, dass die Messqualität besser wird, wenn ich den > Prüfling durch ein Breitband-Trafo an die VNA-Port anpasse, weil dann > weniger Leistung am Prüfling reflektiert und mehr Leistung durch ihn > hindurchgeht. ja, also mit einem Loss Pad wäre der Gewinn sicher 0, weil dieses ja dann zwar S11 verbessert aber bei S21 zusätzliche Dämpfung einbringt. Da ist der Übertrager sicher besser. Nur zweifel ich ein wenig, dass sich dieser mit einem flachen Frequenzgang von 10kHz bis 50MHz gut realisieren lässt. Ein Selbstbautrafo wird sicher wellig sein und Resonanzen haben. Evt bietet sich ein Minicircuitstrafo an, sowas im Stil T1-6T oder so? Dann würdest du auf der 15Ohm Seite mit Open/Short/Load (15 Ohm) kalibrieren. OK so ist der Frequenzgang des Übertragers eigentlich völlig egal! ABER wenn du präzis messen willst, musst du eine gute 50 Ohm Load haben. ODER ABER du nutzt die 50 Ohm Load vom NWA und berücksichtigst dies - die Load muss ja nicht perfekt angepasst sein, sondern man muss sie nur genau genug kennen. Ein Vergleich der beiden Messmethoden (messen mit 50 Ohm vs. messen mit Übertrager) wäre sehr spannend. Sowas ähnliches habe ich übrigens mal gemacht zur Charakterisierung von Übertragern (Bestimmung des T-Ersatzschaltbilds). Ich habe das DUT mit offener bzw. kurzgeschlossener Sekundärseite bzw. Primärseite gemessen, aus S11 die Impedanzen bestimmt und daraus die Streu- und Hauptinduktivitäten. Weil ich aber ein wenig faul bin ;-) und nicht immer Open und Short am Übertrager umlöten wollte, habe ich einfach sowohl primär als auch sekundär Stecker ran gelötet und alle 4 S-Parameter des Übertragers gemessen und DANN berechnet, was passiert wenn die Primärseite oder die Sekundärseite offen oder kurzgeschlossen ist. Dieses Verfahren gab stabilere Ergebnisse. Mein Verdacht ist der Open, der sich einfach nicht genau realisieren lässt. Das könnte auch bei dir zum Verhängnis werden :-( P.S.: bist du der Bartelsos-Eric? ;-)
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Ein Koppeltrafo muss eine Bifilarwicklung haben und keine Sektorwicklung.
Chris Trask (googeln) hat ein Dokument darüber geschrieben, wie man Trafos mit guter Kopplung bauen soll.
Ein zeitloses Standardpapier für die Auslegung von Transmission-Line-Tranformers ist die Motorola Applikation Note AN749 "BROADBAND TRANSFORMERS AND POWER COMBINING TECHNIQUES FOR RF" als pdf herunterzuladen hier: https://cache.nxp.com/docs/en/application-note/AN749.pdf
Wieviel port power hat denn dein VNA? 15 Ohm ist ja nicht ausserhalb der VNA-Welt, und ob man jetzt für S21 120 oder nur 110 dB Dynamik hat ist wohl auch nicht entscheidend. 1 dB Verlust wird so ein Trafo auch bringen und alles was komplizierter ist als Z=1:4 wird ein ziemliches Eigenleben entwickeln. Ich habe schon ziemlich viel Zeit vergeudet mit Aufwärts-Trafos für einen Chopper- Verstärker, das war alles recht unerfreulich. Am besten war noch das Umwickeln von Macom oder Pulse Engineering-Trafos unter dem Stereo- Mikroskop. (Digi-Key, Mouser) Aber 1:4 gibt's schon fertig, das Problem ist das untere Ende des Frequenzbereichs. Wenn's nur die Port Power ist und S11 nicht unbedingt gebraucht wird, dann hilft möglicherweise ein breitbandiger CFB-Verstärker. Gruß, Gerhard
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Eric schrieb: > Ich führe mit dem VNA eine Durchgangsmessung durch, mein Gedanke ist, > dass die Messqualität besser wird, wenn ich den Prüfling durch ein > Breitband-Trafo an die VNA-Port anpasse, weil dann weniger Leistung am > Prüfling reflektiert und mehr Leistung durch ihn hindurchgeht. > Anders formuliert, versuche ich das Signal-zu-Rauschverhältnis für S12 > und S21 zu verbessern. Meine Gedanken dazu: 1. Bei normalen Labor-VNA wird bei Transmissionsmessungen erst ab ca. 80 dB Durchgangsdämpfung der Fehler in Betrag und Phase merklich größer, und das auch zunächst nur moderat (ein Blick in die Spezifikation hilft). Von daher ist die Frage, ob hier je nach Dämpfung des DUT überhaupt etwas zu gewinnen ist. Wenn Rauschen ein Problem ist, wären die ersten Maßnahmen, die ZF-Bandbreite herunter- und den Stimulus-Pegel des VNA heraufzudrehen (13 dBm + x bringen eigentlich alle). 2. Ein Sprung von 50 auf 15 Ohm (oder umgekehrt) bedeutet gerade einmal 1,49 dB Mismatch Loss (für einen Impedanzsprung -- den gesamten Mismatch Loss habe ich nicht ausgerechnet, der hängt auch von den Phasenverhältnissen ab). Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Trafo mehr Dämpfung hat, ist groß. Außerdem bringen die paar dB, die man gewinnen könnte, nicht viel mehr an Genauigkeit. 3. Ferner müsste man entweder den/die Trafo(s) De-Embedden oder auf der 15 Ohm-Seite herauskalibrieren. Dabei dürfte es leicht sein, einen größeren Fehler einzubauen, als man durch den Mismatch Loss an Genauigkeit verliert. Fazit: Ich vermute, dass man in der Situation mit Trafos deutlich mehr Schaden als Nutzen anrichtet. Daher also einfach die gemessenen S-Parameter auf 15 Ohm Systemimpedanz umrechnen.
Hallo zusammen, hallo Eric.
> 10 kHz bis 50 MHz
Deine Anwendung kenne ich nicht, aber
10kHz, das ist heftig.
Das lass ich erstmal ausser Acht.
Ansonsten versuche es mit einem Bifilar-Übertrager 1:4, ein normaler
Übertrager wird dich beim dem gewünschten Frequenzbereich nicht
glücklich machen.
Dieses Missverhältnis 15->60 Ohm (12.5->50) würde ich erstmal
vernachlässigen. Sieh dir die Eingangsschaltungen von Gegentakt-HF_PAs
an; 1:4 ja, aber ob die genau die gewünschte Impedanz treffen,
einhalten..?? Nicht jeder hat 25Ohm Koax oder gar Semirigid. Ein
bisschen Drehen und Tunen darf doch wohl erlaubt sein.
Zum Kernmaterial:
Siemens K1 (µ=80) und Philips 4-C65 (µ=125) werden wohl für den unteren
Bereich viel zu wenig µ haben. Der Siemens K10 (µ=800) wird wohl besser
gehen. Vergleichbares NiZn-Material gibt es ja mit Sicherheit auch von
Philips oder z.B. Amidon, mir fällt nur gerade nichts ein.
Wenn du es möglichst 'schön' haben willst, fängt der Eiertanz an:
Welche Kernform? Doppelloch ist schön, man kann auch 2*1 Loch
zusammenkleben. Ein einfacher Ring- oder Rohrkern geht auch. Welche
Dimensionen dieser Teile? Reicht die magnetische Fläche? Die
Bifilar-Wicklung, wieviel Schläge pro cm? Wie dick der Draht.
Spulenkörperfüllend? Wenig µ -> viel Draht, viel µ -> wenig Draht,
wieviel L überhaupt?
Du siehst, der Möglichkeiten -> unendlich. Bei dir handelt es sich ja um
eine Kleinsignalanwendung, da hilft nur ausprobieren. Du wirst ganz
schnell ein Gefühl dafür bekommen, was sinnvoll und zweckführend ist.
Die Teslas werden wohl nicht das Mass der Dinge werden.
Nur zur Info, wurde ja schon empfohlen; suche bei Chris Trask, Zeug ohne
Ende.
Viel Spass beim Basteln
73
Wilhelm
https://darcverlag.de/HF-Module-in-50-Ohm-Technik die Bücher von Eric T. Red behandeln ausführlich auch Hochfrequenzübertrager. Ich weiß aber nicht ob ich speziell dieses Buch in Erinnerung habe.
Hallo zusammen.
Ich habe noch etwas Schickes gefunden.
Jerry Sevick
'Transmission Line Transformers'
> https://archive.org/details/fe_Transmission_Line_Transformers/mode/2up
Das hier ist die 4. Auflage. Ich habe mir die 1. Auflage bei der ARRL in
den 80er Jahren gekauft. Bei Amazon schlägt einem heute bei den
aufgerufenen Preisen das Gesicht nach hinten.
Ich hoffe, der Link geht.
@ Eric
Wenn du das durch hast, bist du schlauer.
73
Wilhelm
Mario H. schrieb: > Fazit: Ich vermute, dass man in der Situation mit Trafos deutlich mehr > Schaden als Nutzen anrichtet. Daher also einfach die gemessenen > S-Parameter auf 15 Ohm Systemimpedanz umrechnen. seh ich auch so. Dennoch wäre ein Vergleich beider Methoden spannend, um diese unsere Behauptung/Vermutung zu beweisen und zu sehen, wie viel es wirklich ausmacht ;-) Mario H. schrieb: > auf der 15 Ohm-Seite herauskalibrieren wäre wohl das einzige, was zuverlässig funktioniert. Sonst schlägt der Frequenzgang vom Übertrager voll zu buche. Aber dann hat man das Problem, auf der 15 OhmSeite kalibrieren zu müsse - die Load und Short kriegt man ja noch hin, aber der Open wird wohl irgendwelche Lottozahlen liefern, weil er nicht genau genug definiert ist.
Danke für die Beiträge! Leider erlaubt es mein Zeitplan nicht ganze Bücher zu dem Thema durchzulesen. Ich verstehe, dass der Open-Abgleich ist mit dem Ringkern von oben ein großes Problem ist. Bei 10 kHz hätte der Trafo eine Impedanz von nur 4 Ohm. Das K1 und K10 waren die "besten" Ferrite die ich für den Bereich gefunden habe. Gibt es noch etwas geeigneteres? Danke und Gruß Eric
Ich habe mal nachgeschaut, es ist tatsächlich das Buch "HF-Module...". Die ersten 15 Seiten behandeln Breitbandtrafos. Keine wissenschaftliche Abhandlung sondern Schaltpläne, Nomogramme und Wickelzeichnungen für unterschiedliche Übertragungsverhältnisse, auch Baluns und Leistungsübertrager für Kurzwellenendstufen. Etwa 5 Oktaven im Kurzwellenbereich seien möglich. Durchgangsdämpfung z.B. 0,8 dB.
Christoph db1uq K. schrieb: > Etwa 5 Oktaven im Kurzwellenbereich seien möglich. Durchgangsdämpfung > z.B. 0,8 dB. Der Frequenzbereich 10kHz..50MHz, also 1:5000 entspricht aber gut 12 Oktaven. Schalter wurden schon vor längerer Zeit erfunden. Warum muss das unbedingt mit einem einzigen Bauteil gemacht werden? Eric schrieb: > Leider erlaubt es mein Zeitplan nicht ganze Bücher zu dem Thema > durchzulesen. Dann wird das Vorhaben wohl scheitern. Wildes Experimentieren wird auch nicht in 3 Tagen zum Ziel führen.
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