Hallo zusammen, nun hab ich solange gesucht, bis nun die letzte Klarheit aber so richtig verschwunden ist. Desegen die Frage an euch: Wie (genau) kann man einen VNA als 1-Port ohne Match kalibrieren? Zum Setup: Bis zum Kabelende (hier RG42) kann ich normal Open-Short-Match kalibrieren. Von hier schließt sich ein Wellenleiter mit ca. 45 cm Länge an, an dessen Ende eine Stoffprobe vermessen wird. An deren Stelle kann auch ein Open oder Short realisiert werden. Aber jedoch kein Match. Wie kann ich nun bis zum Ende des Wellenleiters kalibrieren? Frequenzbereich ist maximal. 1...2 GHz Kennt jemand eine Anleitung oder ähnliches, die mir hier Hilfe geben kann? Besten Dank :) VG Thomas
Meines Wissens garnicht. Ist das RG42 ein 50 Ohm Kabel ? Ich habe kein Datenblatt gefunden. Wenn es ein 50 Ohm Kabel ist, dann müsste der nachfolgende Wellenleiter entweder exakt die gleiche Impedanz besitzen , wie das RG42 oder der Wellenleiter müsste für die interessierende Frequenz eine elektrische Länge von exakt Lmabda/halbe besitzen. Nur dann wird am Ende des Wellenleiters auch 50 Ohm zu sehen sein. Wenn das Kabel keine 50 Ohm hat, und sie Länge von Lambda/halbe abweicht, transformiert der Wellenleiter die 50 Ohm an der Schnittstelle zu dem 50 Ohm Kabel in eine andere Impedanz am anderen Ende des Wellenleiters. Im übrigen ist es so das ein Koaxkabel welches eine elektrische Länge von lambda/viertel, Lmabda/ dreiviertel, Lambda fünfviertel usw. besitzt einen Leerlauf in einen Kurzschluss am anderen Ende des Kabels transformiert und umgekehrt. Stichwort Stubs. Will man dieses Verhalten des Aufbaus herauscalibrieren, bleibt meines Wissens nichts anderes übrig als die 50 Ohm am Ende des Wellenleiters auch anzuschließen. Ralph Berres
Natürlich hat der Wellenleiter auch 50 Ohm wie das Kabel (RG402, sorry Schreibfehler) Es ist Teil einer Messkette daher die Notwendigkeit der Kalibrierung so weit wie möglich bis an das Bauteil heran. Auf exake Lambda/halbe, viertel usw... kann ich keine Rücksicht nehmen, da breitbandig gemessen wird. Es handelt sich hier nicht um Antennen o.ä. Alles was hilft den Messfehler bzw. die Messunsicherheit irgendwie zu reduzieren ist willkommen :)
sofern der Wellenleiter nicht sehr lange ist und wirklich die selbe Impedanz hat als das RG402 würde ich am Ende des RG402 mit Open Short und Match calibrieren, und die Länge des Wellenleiters und damit die Zeitverzögerung berücksichtigen. Dann bestehen gewisse Chancen, das man nicht komplett daneben liegt. Das funktioniert aber nur, wenn die elektrische Länge des Wellenleiters noch klein gegenüber der Wellenlänge der angelegten Frequenz ist. bei 2 GHz wäre die Wellenlänge 15cm * den Verkürzungsfaktor des RG402 das sind vermute ich mal 0,82 wenn es PTFE ist. Ralph Berres
Thomas W. schrieb: > Alles was hilft den Messfehler bzw. die Messunsicherheit irgendwie zu > reduzieren ist willkommen Grundsätzlich ist es richtig so wie von Ralf beschrieben: soviel wir möglich mit Open/Short/Load kalibrieren und den Rest über Phasenverschiebung ("Port Extension" o.ä.) rausrechnen. Schau erstmal, was dann bei Open/Short am Wellenleiter herauskommt ... bei geringer Einfügedämpfung des Wellenleiters sollte das tauglich sein. Die nötige Länge kannst du leicht herausfinden, wenn du breitbandig die Phase von S11 mit Open oder Short am Wellenleiter anschaust. Manche VNA können dort zusätzlich auch noch einen Amplitudenoffset rausrechnen, zusätzlich zum Phasenoffset, falls nötig. Je nach VNA gibt es auch eine 1-Port Normalisierung auf einen Open oder Short anstatt Open/Short/Load aber das ist nur sinnvoll wenn VNA und Zuleitung bereits unkalibriert gut angepasst sind.
Danke Ralph, aber lass mal gut sein. Die Länge der Zuleitung ist (in üblichen Grenzen) egal. Deswegen Kalibriert man ja. Beliebeige vielfach von 2*Pi (Phase) + Dämpfungseigenschaften. Selbst Impedanzsprünge auf der Zuleitung sind dann herausgerechnet. Grundlagen findet man in Büchern und im WWW. Darüber soll hier NICHT diskutiert oder gemutmaßt werden. Nochmal kurz zur Aufgabe (ausführlich oben beschrieben): - Methode für max. 1..2 GHz gesucht - Wellenleiter ca. 45 cm Länge - KEIN Match möglich, nur Open und Short Auch wenn keine Exakte Kaibrierung möglich ist, wie weit kann man den Messfehler einschränken? Falls jemand ne Anleitung, Beispiele oder Whitepaper dazu kennt, wäre ich sehr dankbar. Edit: HF-Messer, deine Antwort kam zeitgleich. Klingt interessant... :)
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Thomas W. schrieb: > - Wellenleiter ca. 45 cm Länge Beschreib den Wellenleiter doch mal genauer ... je nachdem wieviel Reflektion der Übergang von Coax auf den Wellenleiter hat und je nach Dämpfung des Wellenleiters müsste man unterschiedlich vorgehen. Wenn der Wellenleiter sehr verlustbehaftet ist und man einen schlechten Übergang vom Coax rausrechnen MUSS könnte man ggf auch mit einem sehr langen Wellenleiter als Load improvisieren. Um überhaupt eine Einschätzung zu bekommen erstmal wie oben beschrieben: auf Coaxebene SOL-Kalibrierung, dann Phase des Wellenleiter "herausdrehen" und im Smithchart schauen, wie gut du beim OPEN bzw. SHORT herauskommst. Je nach Ergebniss muss es dann ggf. aufwändiger gelöst werden (z.B. 2-Port TRL Kalibrierung)
Thomas W. schrieb: > Wie (genau) kann man einen VNA als 1-Port ohne Match kalibrieren? Wie andere schon sagten: Wenn Kalibrierung die volle Vektor-Fehlerkorrektur bedeutet, dann gar nicht. Man kann allerdings mit einem Open oder Short die S11-Messung nach Betrag und Phase normieren. HF-Messer schrieb: > Grundsätzlich ist es richtig so wie von Ralf beschrieben: soviel wir > möglich mit Open/Short/Load kalibrieren und den Rest über > Phasenverschiebung ("Port Extension" o.ä.) rausrechnen. Man muss mit Hohlleitern allerdings etwas aufpassen: Die herkömmliche Port Extension per elektrischer Länge bzw. Delay geht von einer nichtdispersiven Leitung aus (Ausbreitungskonstante proportional zur Frequenz). Das ist für Hohlleiter nicht erfüllt. Müsste man schauen, ob das über den interessierenden Frequenzbereich eine brauchbare Näherung ist. Manche VNA haben auch Offset-Modelle für nicht-TEM-Leitungen in der Firmware eingebaut. Wenn nicht, könnte man das auch offline rechnen.
wenn es sich wirklich um einen Hohlleiter handeln sollte, Ein reflexionsfreien Abschluss eines Hohlleiters ist nichts anderes als z.B. leitfähigen Schaumstoff, welches sich am Ende des Hohlleiters befindet. Die Anpassung des Koaxkabels an den Hohlleiter ist dann das was man optimieren muss. Ralph Berres
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Thomas W. schrieb: > Von hier schließt sich ein Wellenleiter > mit ca. 45 cm Länge an, an dessen Ende eine Stoffprobe vermessen wird. > An deren Stelle kann auch ein Open oder Short realisiert werden. Kannst du deine Anordnung 'verdoppeln'? Also an den Wellenleiter wieder einen Übergang auf Koax. Wenn dann noch die Länge des Wellenleiters angepasst werden kann, kannst du eine TRL-Kalibrierung machen und genau auf das Ende vom ursprünglichen Wellenleiter kalibrieren.
Danke für alle Hinweise. Zur Klarstellung, bitte streicht das Wort Hohlleiter - es handelt sich um einen koaxialen Wellenleiter! Zum genaueren Aufbau: RG402 - Koppelstelle - koaxialer Wellenleiter - ca. 20x20mm² freie Kontakte/Probe An Eingang des koaxialen Wellenleiters sehe ich per Time-Domain-Reflectometrie ca. 2...5% Reflektion. Das ist voll akzeptabel. Das offene Ende des Wellenleiters bzw. da zusätzlich die 20x20mm² freien Zuleitungen im S11 angeschaut ergibt über die Frequenz einen wellig fallenden Verlauf von 0dB (kHz) bis zu -3...5 dB bei etwa 2 GHz. Jenachdem was an den offenen Zuleitungen vorn noch dran und drumrum ist, gibts noch einen schmalbandigen Einbruch um etwa -10 dB. Dies würde ich nun gern irgendwie Rausrechnen... Thomas
Thomas W. schrieb: > An Eingang des koaxialen Wellenleiters sehe ich per > Time-Domain-Reflectometrie ca. 2...5% Reflektion. Das ist voll > akzeptabel. Du meinst für den Übergang selbst, ohne Berücksichtung der Leitung davor/dahinter? Klingt für mich auch akzeptabel, aber ... > ergibt über die Frequenz einen wellig > fallenden Verlauf von 0dB (kHz) bis zu -3...5 dB bei etwa 2 GHz. ... wenn der Frequenzgang wellig ist, dann gibt es doch eine Fehlanpassung. Du hast leider die Randbedingungen bei dieser Messung nicht beschrieben, ob da schon auf Coaxebene kalibriert war. Daher kann man auch die 3-5dB nicht zuordnen (Grundkaliberung VNA fehlt? Dämpfung Coax? Dämpofung Wellenleiter?) Mit der TDR-Messung kannst du aber sehr einfach die Wellenwiderstände von Coax und deinem Wellenleiter messen. Was kommt dabei heraus? Gern mit Bildern. Du müsstet es schon SYSTEMATISCH angehen, sonst wird das nix. Eine 1-Port Kalibrierung ohne Load/Match gibt es nicht, wohl aber die oben genannte TRL-Kalibrierung beim symmetrischen 2-Port. Das kann aber nicht jeder VNA, weil es 4 Sampler erfordert, und die Frage ob du deinen Wellenleiter "verdoppeln" kannst für eine 2-Port-Kalibrierung hast du nicht beantwortet.
HF-Messer schrieb: > Du meinst für den Übergang selbst, ohne Berücksichtung der Leitung > davor/dahinter? Natürlich! Bis zum Ende der RG402-Leitung wurde eine OSM-Kalibrierung per SAM-Stecker/Kalibriernormale durchgeführt(siehe erster Post). Danach wird anstelle der Normale ein kurzes Stück RG402 angeschraubt, welches fest mit dem Wellenleiter verbunden ist. Darauf hin ergeben sich im TDR (Lin Mag) 3 Peaks: 1. bei 0 ns - erst bei 100%, mit Festschrauben des SMA nahezu verschwunden 2. bei ca. 1 ns - 2..5% und dem Übergang RG402-Wellenleiter zuzuordnen 3. bei ca. 8 ns - ca. 80% dem Ende des Wellenleiters zuzuordnen, verwaschener Peak Die Länge des Wellenleiters lässt sich nicht verdoppeln. Auch ist dieser technischt auf diese Länge festgelegt. Auch bleibt es eine 1-Port Messung, da nur am Eingang des Wellenleiters (nicht Ausgang, dort wo die Probe sich befindet) ein definierter Anschluss (SMA) realisier werden kann. Am Ausgang kann lediglich ein Open oder Short mit ca 20 mm langen freien Leitungen improvisiert werden. Verwendet wird ein R&S ZVB8, falls das hilfreich ist.
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Erst handelt es sich um einen Wellenleiter mit 45cm Länge ,dann um einen Wellenleiter von 20*20mm mit freien Spitzen. Irgendwie ist der Aufbau nicht ganz klar. mache mal ein Foto von dem Messaufbau insbesonders von dem Wellenleiter mit angeschlossenen Prüfspitzen, und bemaße das mal ungefähr, damit man überhaupt mal weis worüber wir reden. Ralph Berres
Das hat sich jetzt überschnitten. Was passiert, wenn du statt den beiden 2cm freien Leitungen ein 50 Ohm SMD Widerstand anschließt? Wie sieht es da mit Reflektionen aus? Damit liese sich der Wellenleiter selbst mit eincalibrieren. Die beiden 2cm langen freie Leitungen lassen sich schwerlich mit reincalibrieren, diese müssten erstens so konstruiert sein , das dessen Impedanz sich nicht ändert, wenn sich die Umgebungseinflüsse ändern, was vermutlich nicht möglich ist. Diese freien Drahtenden werden vermutlich auch eine andere Impedanz haben als 50 Ohm, welche zudem nicht konstant ist. Somit wird dieses Leitungsstück die Impedanz am Ende des Wellenleiters in ein unbekannte Impedanz am Ende der freien Leitungen transformieren, und das auch noch Frequenzabhängig. Ralph Berres
> Verwendet wird ein R&S ZVB8, falls das hilfreich ist. Dann schau mal bei den Offset-Parametern, dort kannst du zusätzlich zur Kalibrierung (Coaxebene) noch Amplituden- und Phasenoffset angeben. https://www.rohde-schwarz.com/webhelp/zvb_html_usermanual_en/system_overview/calibration/power_calibration_introduction.htm#Offset
Ralph B. schrieb: > Diese freien Drahtenden werden vermutlich auch eine andere Impedanz > haben als 50 Ohm Mit seiner TDR-Messung lässt sich das prüfen. Und wenn man diese Leitungsparameter kennt könnte man sie notfalls auch extern de-embedded. Das ist alles nicht soooo schwer, wenn man eine Lösung finden will. Die Aufgabenstellung ist nicht ungewöhnlich.
HF-Messer schrieb: >> Verwendet wird ein R&S ZVB8, falls das hilfreich ist. > > Dann schau mal bei den Offset-Parametern, dort kannst du zusätzlich zur > Kalibrierung (Coaxebene) noch Amplituden- und Phasenoffset angeben. > > https://www.rohde-schwarz.com/webhelp/zvb_html_usermanual_en/system_overview/calibration/power_calibration_introduction.htm#Offset Danke, schau ich mir mal an. @ Ralph Berres: Danke für dein Engagemant, aber lass es dendlich gut sein! Der Aufbau ist wie er ist, da nützt auch kein was wäre wenn... Es ist alles ausreichend genau beschrieben worden. Bitte ließ sorgfältig! Hohlleiter, Spitzen, usw... Das sind alles Erfindungen deinerseits die nichts mit der Frage zu tun haben und verwirren alle Mitlesenden. Die Kernfrage war ob zu dem beschriebenen Problem Anleitungen, Witepapers oder ähnliches bekannt sind. Über derartige Hinweise bin ich weiterhis sehr dankbar.
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Wie gesagt, die "saubere" Lösung die wir in der HF-Messtechnik für sowas wählen ist die Erweiterung zum 2-Port, gegen die du dich sträubst. Thomas W. schrieb: > Auch bleibt es eine 1-Port > Messung, da nur am Eingang des Wellenleiters (nicht Ausgang, dort wo die > Probe sich befindet) ein definierter Anschluss (SMA) realisier werden > kann. ... und das baut man spiegelbildlich nochmal hintendran und schon hat man einen 2-Port, den man sauber in der Ebene deines Messobjekts kalibrieren kann. Man nimmt mehrere Anordnungen auf Basis deines jetzigen Aufbaus, damit man diesen sauber herauskalibrieren kann. So funktionieren viele nicht-coaxiale Kalibrierverfahren, z.B. wenn man Bauteile auf einem PCB vermisst mit TRL-Kalibrierung. Deine gesuchte Null-Aufwand-Wunderlösung gibt es nicht, auch wenn es dir schwerfällt das zu akzeptieren. Viel Erfolg!
Thomas W. schrieb: > @ Ralph Berres: Danke für dein Engagemant, aber lass es dendlich gut > sein! Der Aufbau ist wie er ist, da nützt auch kein was wäre wenn... Es > ist alles ausreichend genau beschrieben worden. Bitte ließ sorgfältig! > Hohlleiter, Spitzen, usw... Das sind alles Erfindungen deinerseits die > nichts mit der Frage zu tun haben und verwirren alle Mitlesenden. Dein Wunschdenken wird ein unerfüllter Wunsch bleiben. Du bist einfach nicht willig der Realität ins Auge zu schauen. Irgendwelche Konstruktionen mit undefinierten und vor allem auch nicht konstanten Parameter kann man nicht wirkungsvoll calibrieren. Man muss entweder den Messaufbau optimieren, oder damit leben. Und noch was die Annahme das es ein Hohlieter ist kam nicht von mir. Ich halte mich jetzt zurück. Denn dein Problem muss mich nicht wirklich interessieren.
HF-Messer schrieb: > Wie gesagt, die "saubere" Lösung die wir in der HF-Messtechnik für sowas > wählen ist die Erweiterung zum 2-Port, gegen die du dich sträubst. Danke HF-Messer, nur zu gern würde ich darauf zurückgreifen, doch der Wellenleiter ist eine Spezialanfertigung und hat bereits ca. 5.000€ verschungen. Einen zweiten zu erstellen ist finanziell nicht drin. Daher die Frage nach Alternativen ober besser gesagt nach Kompromissen, insbesondere Messfehler zu kennen und wo möglich zu kompensieren. Exaktes Kalibrieren fällt aus, so schade es auch ist. Ich mache mal eine Skizze zum Aufbau, obwohl viel neues dabei nicht rauskommen wird...
Thomas W. schrieb: > Verwendet wird ein R&S ZVB8, falls das hilfreich ist. Der hat neben der üblichen Port Extension (einstellbar als elektrische oder mechanische Länge bzw. Delay zusammen mit einem optionalen Verlustfaktor) eine "Fixture Compensation"-Funktion. (Channel -> Offset -> Fixture Compensation). In dem Fixture-Compensation-Dialog kann man die Option "Direct Compensation" anhaken. Dann wird keine globale elektrische Länge bzw. Delay verwendet, sondern für jeden Frequenzpunkt eine Korrektur nach Betrag und Phase genommen. Das ganze geht mithilfe einer Normierungsmessung mit Open- und/oder Short-Standards. Siehe Handbuch Seite 504. Das ist praktisch das gleiche, als wenn Du den Reflexionsfaktor Deiner offenen oder kurzgeschlossenen koaxialen Luftleitung misst, das ganze S_11^ref nennst, und dann Deine Messung per
korrigierst. Wenn man S_11^ref mit einem Kurschluss misst, bekommt man einen zusätzlichen Phasenfaktor exp(iπ)=-1, d.h. man muss das untere Vorzeichen nehmen. Das geht natürlich auch per Trace Math, die "Direct Compensation"-Funktion kümmerst sich praktischerweise automatisch um das Vorzeichen. Besser als das wirst Du es nicht bekommen, denn für ein echtes De-Embedding der Luftleitung müsstest Du deren S-Matrix kennen, d.h. drei (komplexe) Parameter, wenn man annimmt, dass sie reziprok ist. Das ist nicht zu bewerkstelligen, wenn Du nur zwei Standards (Open/Short) an einem Ende messen kannst. Das Gleichungssystem ist dann zwangsläufig unterbestimmt.
Thomas W. schrieb: > Exaktes Kalibrieren fällt aus, so schade es auch ist. Ja, das ist dann so. > Daher die Frage nach Alternativen ober besser gesagt nach Kompromissen, > insbesondere Messfehler zu kennen und wo möglich zu kompensieren. Naja, verdächtig/bedenklich ist Welligkeit von der du berichtet hattest. Eine mögliche Fehlanpassung des Wellenleiters wird nicht durch Kalibrierung entfernt, also müsstest du schauen ob man Wellenwiderstand und Länge anders ermitteln kann. Entweder Messung oder Simulation. Für die Messung per TDR dürfte bei dieser kurzen Länge die Bandbreite des ZVB8 nicht ausreichen, aber versuch es vielleicht mal. Wenn man die Parameter des Wellenleiters bestimmt hat würde ich persönlich den im Postprocessing herausrechnen (im Simulator negative Länge vor das Messergebnis kaskadieren). Was wir Leser hier nicht einschätzen können ist die "Qualität" deines Open/Short am Ende des Wellenleiters, denn irgendwelche verlässlichen Referenzpunkte braucht man selbst für einfaches De-Embedding. Oft ist der Short idealer realisierbar als ein Open. Aber da hilft dann vermutlich seine Skizze, das einzuschätzen.
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Hier mal die Prinzipsskizze. Ich schaue mal, och ich noch was vom Analysator beisteuern kann... das voranstehende klingt vielversprechend, habs aber erst überflogen... ;)
Angehängte Dateien:
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Anbei ein Screenshot von VNA (die Mems entsprechen dem offenen Zuleitungskabel nach dessen Kalibrierung) und vom Wellenleiter-Ende mit schnell improvisieren Short
>Anleitung, Beispiele oder Whitepaper dazu HP hat natürlich etwas dazu, hier von 1997 https://www.hpmemoryproject.org/an/pdf/an_1287-3.pdf https://www.hpmemoryproject.org/an/pdf/an_1291-1.pdf da gibts noch ein paar Kapitel zu VNAs https://www.hpmemoryproject.org/ressources/resrc_an_05.htm
Hat es Gründe, warum der Wellenleiter dazwischen ist? Vielleicht kannst du dir auch einen Match aus zwei gegenüberliegenden 100 Ohm-SMD-Widerständen bauen. Die Frage ist auch, wie genau die Messung werden muß und ob absolute Messwerte gefragt sind, oder nur relative Veränderungen...
Bernd schrieb: > Hat es Gründe, warum der Wellenleiter dazwischen ist? Ja - es werden HF-elektrische Charakterisierungen bei über 1000°C angestrebt. Unter der Annahme, dass sich der Aufbau bei wiederholten Heizzyklen ähnlich (konstant) verhält, könnte man nacheinander Short und Messobjekt vermessen. Ein Zyklus ist etwa 5h. Relative Veränderungen zu bestimmen ist gängig, die Frage ist jedoch, ob man mit etwas mehr Signaltheorie noch etwas mehr Genauigkeit herausholen kann.
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Thomas W. schrieb: > und vom Wellenleiter-Ende mit schnell improvisieren Short Du meinst wohl "mit einer improvisierten Antenne".
Mal der Versuch das bisherige (auch Links) zusammenzufassen: - Vollständige 1-Port Kalibrierung nur/mindestens mit OSM - es gibt die Möglichkeit auf Kompensation/Normalisierung zur Fehlerreduktion als Kompromiss Kompensation/Normalisierung: - Short ist besser herzustellen bzw. definerter als Open - eliminiert Amplituden- und Phasenfehler über Freuenz - nicht eliminiert wird Fehlanpassung und Übersprechen - kann im VNA eingestellt oder nachträglich errechnet werden - dabei gilt:
Noch was wichtiges vergessen?
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Thomas W. schrieb: > Noch was wichtiges vergessen? Prinzipiell kannst Du die komplette Umgebung in einer EM-Simulation nachstellen und damit die fehlenden Parameter bestimmen. Das geht natürlich nur, wenn die nötigen Materialkonstanten (und der geometrische Aufbau) bekannt sind. Thomas W. schrieb: > Charakterisierungen bei über 1000°C Und da seid ihr an der SMA-Verbindung schon wieder weit genug runter mit der Temperatur?
P.S.: Was mir gerade auffällt: Deine Gabelkonstruktion zum Halten der Probe dürfte schon weit unterhalb von 2 GHz eine merkliche Fehlanpassung hervorrufen. Und weiter: In welcher Größenordnung liegt die Impedanz der üblichen Messobjekte?
Hp M. schrieb: > Thomas W. schrieb: >> und vom Wellenleiter-Ende mit schnell improvisieren Short > > Du meinst wohl "mit einer improvisierten Antenne". Ja, einen Short auf diese Art zu realisieren funktioniert noch bei 10 MHz, aber nicht bei 2GHz. Das sind schätzungsweise 5nH und damit 60 Ohm Blindanteil @ 2 GHz. Weit weg vom "Kurzschluss". Der Kurzschlußpfad ist viel zu lang und zu schlecht kontaktiert. Du kannst diesen Drahtbügel ersetzen durch zusammengeknüllte Alufolie, die flächig und auf kurzen Weg den Innen- und Außenleiter verbindet.
Nachtrag: beim Blick auf die Prinzipskizze sehe ich auch nicht, was dagegen spricht, an der Spitz anstelle der Probe einen 50 Ohm-Widerstand zu montieren. Die räumliche Ausdehnung des Widerstandes macht etwas Induktivität, aber diese ist bei der Probe ebenfalls vorhanden und würde - wenn man's richtig macht - bei der Kalibrierung herausfallen. Dazu müsste diese Extralänge zwischen den Spitzen im Match und Short gleichermassen vorhanden sein. Also zwei Widerstände (0 Ohm und 50 Ohm) in gleicher (kleiner) Bauform plus Open.
HF-Messer schrieb: > Der Kurzschlußpfad ist viel zu lang und zu schlecht kontaktiert Wenn dieser ausgeglühte "Wellenleiter" innen auch so aussieht wie aussen, dann ist die Dämpfung wahrscheinlich so hoch, dass fast immer Anpassung herrscht, egal, was man am Ende anschliesst. Ich habe hier gerade den Wellensumpf eines X-Band Hohlleiters vor mir liegen, und dieser Ferritkeil ist gerade mal 4cm lang und 1cm dick.
HF-Messer schrieb: > Ja, einen Short auf diese Art zu realisieren funktioniert noch bei 10 > MHz, aber nicht bei 2GHz. Das sind schätzungsweise 5nH und damit 60 Ohm > Blindanteil @ 2 GHz. Weit weg vom "Kurzschluss". > > Der Kurzschlußpfad ist viel zu lang und zu schlecht kontaktiert. Du > kannst diesen Drahtbügel ersetzen durch zusammengeknüllte Alufolie, die > flächig und auf kurzen Weg den Innen- und Außenleiter verbindet. HF-Messer schrieb: > Nachtrag: beim Blick auf die Prinzipskizze sehe ich auch nicht, was > dagegen spricht, an der Spitz anstelle der Probe einen 50 Ohm-Widerstand > zu montieren. > > Die räumliche Ausdehnung des Widerstandes macht etwas Induktivität, aber > diese ist bei der Probe ebenfalls vorhanden und würde - wenn man's > richtig macht - bei der Kalibrierung herausfallen. Dazu müsste diese > Extralänge zwischen den Spitzen im Match und Short gleichermassen > vorhanden sein. Also zwei Widerstände (0 Ohm und 50 Ohm) in gleicher > (kleiner) Bauform plus Open. Hp M. schrieb: > Wenn dieser ausgeglühte "Wellenleiter" innen auch so aussieht wie > aussen, dann ist die Dämpfung wahrscheinlich so hoch, dass fast immer > Anpassung herrscht, egal, was man am Ende anschliesst. Du sprichst mir aus der Seele. Ganz genau das ist auch meine Meinung. Einen SMD Widerstand zwischen den Drahtenden zu klemmen wollte ich ihm schon lange vorschlagen. Aber der TO will das ja von mir nicht hören statt dessen kommen Kommentare wie lass mal gut sein. Insofern habe ich mir den Vorschlag verkniffen. Aber ich klinke mich hier jetzt endgültig aus.
Ralph B. schrieb: > Einen SMD Widerstand zwischen den Drahtenden zu klemmen wollte ich ihm > schon lange vorschlagen. > Aber der TO will das ja von mir nicht hören Ja, da fehlt die Begründung. Vielleicht hat er sich vorgenommen, die Kalibrierung bei den >1000°C vorzunehmen, anstatt vorab bei Raumtemperatur.
Hallo zusammen, hier ein paar Antworten auf eure Rückfragen: HF-Messer schrieb: > Vielleicht hat er sich vorgenommen, die > Kalibrierung bei den >1000°C vorzunehmen, anstatt vorab bei > Raumtemperatur. Exakt. So ist es. Um den Text nicht in der Länge explodieren zu lassen, ließ ich bisher das "Warum" weg und beschreibe, was möglich/nicht möglich ist. Bernd schrieb: > Und da seid ihr an der SMA-Verbindung schon wieder weit genug runter mit > der Temperatur? Ja, die liegen auf Raumtemperatur und werden temperaturüberwacht. Wir arbeiten in Vakuum mit thermischen Wärmeschilden dazwischen. Deswegen auch der kanpp 50cm lange Wellenleiter. Bernd schrieb: > In welcher Größenordnung liegt die Impedanz der üblichen > Messobjekte? 50 Ohm bei elektromechanischen Bauteilen (SAW-Resonatoren u.a.) HF-Messer schrieb: > Du kannst diesen Drahtbügel ersetzen durch zusammengeknüllte Alufolie, die flächig und auf kurzen Weg den Innen- und Außenleiter verbindet. Danke. Gute Idee. Die Drahtbrücke war schnell improvisiert um den Screenshot vom NVA nicht an open oder noch undefinierterem zu bekommen.
Vielleicht noch ein Hinweis auf die Prioritäten: 1. Wir sind froh, wenn wir überhaupt bei 1000°C einen stabilen elektrischen Kontakt herstellen können!!! 2. Wenn dann noch HF-Signale durchkommen, um einen NVA sinnvoll zu betreiben, sind wir doppelt glücklich. Hier könnte man auch nachträglich auf den Messdaten Signaltheoretisch arbeiten und "aufhübschen". 3. Alles was noch an Wissen hilft, den Messfehler zu beschreiben ist willkommen. Daher auch der Thread um Kalibrierung, Kompensation, Normalisierung usw... ohne Match. Wir haben so viele generelle Herausforderungen, sodass wir und nicht im idealisierte Fragestellungen kümmern können. Auch wenn das natürlich wünschenswert wäre, um tatsächlich Kalibrieren zu können. 4. Den Aufbau bei RT zu vermessen, hilft nur theoretisch, solange es unklar ist, wie sich dieser bei 1000°C dann verhält. Wir sehen definitiv Längenänderungen im mm-Bereich und Änderungen von der Dielektrizitätszahl und des Verlustfaktors des Dielektrikums. Bei den Leitern erwarten wir lediglich eine leichte Änderung des spez. Widerstands. Korrosion u.a. wird duch das Arbeiten in Vakuum und der Verwendung von HT-Metalllegierungen effektiv unterdrückt.
Thomas Ich würde dein Messproblem einfach mal der Fa. Rohde&Schwarz schildern. Von dieser Fa. stammt ja auch der VNA. Da gibt es mit Sicherheit Spezialisten, die dir weiter helfen können. Sie können dir zumindest auf Grund deines geschilderten Sachverhaltes sagen, was geht und was nicht. Ob es die Beratung allerdings zum Nulltarif gibt weis ich nicht. Hier im Forum wird es wenn überhaupt nur wenige Leute geben, die abschätzen können, in wie weit sich eine Kalibrierung bei Raumtemperatur ändert, wenn man plötzlich die Sache in Vakuum bei größer 1000°Celsius aussetzt. Viel Glück Ralph Berres
Ralph, danke für die freundlichen Worte. Das Schreiben hier im Forum hat bereits sehr gut geholfen, etwas Ordnung in das zu bekommen, was man eigentlich weiss, aber doch nicht auf den Punkt bringen kann. Dazu noch wertvolle Erfahrungen und Tips. Mit R&S sind wir tatsächlich im guten Kontakt, auch wenn es etwas Glück bedarf, jemand zu bekommen, der für derartige nicht-ganz-übliche-Fragen einen Nerv (und Zeit) frei hat. Als Forscher/Entwickler steckt man leider viel zu oft zu tief in der eigenen Suppe. Daher ist auch der Austausch hier im Forum sehr erfrischend und hilfreich. Die Lösung an sich, müssen wir schon selbst finden, das ist klar :)
Thomas W. schrieb: > Hier mal die Prinzipsskizze. Ich schaue mal, och ich noch was vom > Analysator beisteuern kann... Kannst Du es irgendwie erreichen, auf den Draht am Ende der Koaxialleitung zu verzichten, die Probe also direkt am Ende im Inneren der Leitung unterzubringen? Das Kurze Stück Draht wird sicherlich eine merkliche Fehlanpassung hervorrufen und reflektieren. Vielleicht ist es hilfreich, sich an dieser Stelle einmal über die Fehlereinflüsse Gedanken zu machen. Das Fehlermodell für einen Port sieht als Signalflussgraph so aus: https://www.mariohellmich.de/projects/sma-cal-kit/img/one-port-resid-err.png Das gemessene S_11, wenn das DUT einen Reflexionsfaktor Gamma hat, ist also
letztere Näherung ergibt sich aus einer Taylor-Entwicklung. Dabei ist E_DF der Direktivitätsfehler, E_SF der Port-Match-Fehler, und E_RF der Tracking-Fehler. Den Tracking-Fehler kannst Du durch Normalisierung praktisch vollständig eliminieren (also in der oben beschriebenen Form, mit der Direct-Compensation-Funktion, bzw. durch S_11^meas/S_11^ref). Was also dominiert ist der Direktivitätsfehler, wenn Deine Probe in der Nähe von 50 Ohm ist, d.h.
Den Port-Match-Fehler kann man dann in erster Näherung vergessen. Daher wäre es sicher sinnvoll, die Fehlanpassung durch das Drahtende zu vermeiden, sofern Du nicht am Ende der Koaxialleitung kalibrieren kannst (bei 1000 °C im Vakuum kann man das wohl vergessen). Also: Bis zum SMA-Stecker OSM-kalibrieren, ab da Normieren auf einen Kurzschluss an der Stelle der Probe, und versuchen, die Fixierung der Probe reflexionsfrei zu gestalten. Auch wird es sich sicher lohnen, einen möglichst idealen Short zu basteln. Also vielleicht eine Scheibe mit Loch in der Mitte, die auf das Leiterende aufgeschoben werden kann, und den Außenleiter auf dem ganzen Umfang gut kontaktiert (den Innenleiter natürlich auch). Übrigens enthält dieses Papier eine kurze und übersichtliche Zusammenfassung der 1-Port-Kalibrierung und der Bewertung der "Residual Errors": https://www.cenam.mx/sm2010/info/pjueves/sm2010-jp03d.pdf
Wie präzise soll das ganze denn werden? Früher (TM) (zur Zeit des HP8410) musste man vor allem die Leitungslänge herauskompensieren, das geschah mit einer "Posaune" (Leitung veränderlicher Länge) im Referenzzweig. Alle anderen Fehler gingen sowieso in den Toleranzen des Messaufbaus unter.
Mario H. schrieb: > Kannst Du es irgendwie erreichen, auf den Draht am Ende der > Koaxialleitung zu verzichten, die Probe also direkt am Ende im Inneren > der Leitung unterzubringen? Das wäre absolut wünschenswert und würde einige Probleme ersparen. Aber leider nein. Die zu messenden Proben sollen möglicht reversibel und reproduzierbar gemessen werden. Dazu besitzen diese elektrische Kontaktflächen, die leider nicht mit den Abmessungen des Wellenleiters zusammenpassen. Deswegen sind "ungeschützte" Zuleitungen erstmal nicht zu vermeiden. Wir haben schon versucht, das so kompakt wie möglich zu gestalten. Schließlich glüht bei 1000°C alles orange-rot und eine zu filigrane Gestaltung würde da einfach in sich zusammenfallen. Mario H. schrieb: > Das gemessene S_11, wenn das DUT einen Reflexionsfaktor Gamma hat, ist > also... Mega Danke für die Zusammenstellung und die Links. Großartig! Sowas in der Art habe ich gesucht. Nun muss ich mich hier erstmal durcharbeiten. Mario, du hast was gut bei mir!!! :)
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Thomas W. schrieb: > Mega Danke für die Zusammenstellung und die Links. Großartig! Sowas in > der Art habe ich gesucht. Nun muss ich mich hier erstmal durcharbeiten. Gern. Nur habe ich leider keine wirklich gute Idee, wie man den dominierenden Direktivitätsfehler in Deinem Fall vernünftig quantifizieren könnte. Was man eventuell machen könnte, um einen Eindruck zu bekommen, ist einen 50 Ohm-Match anstelle der Probe anzuschließen, ohne dass die Vorrichtung in den Ofen gesteckt wird. Die Kalibrierung und Normierung sollte man dann auch im kalten Zustand vornehmen. Dann ist idealerweise Gamma = 0, und gemäß der Formel in Beitrag "Re: VNA 1-Port Kalibrierung ohne Match" bekommt man
Das würde zumindest einen Eindruck von den Größenordnungen liefern. Man muss sich nur sicher sein, dass der Widerstand auch bei 2 GHz noch ausreichend nahe bei 50 Ohm ist. In koaxialen Medien kontrolliert man die Größenordnung der Direktivitäts- und Port-Match-Fehler gern mit genauen Luftleitungen, die mit Präzisionskurzschlüssen oder Terminierungen abgeschlossen werden. Dann kann man aus einem Ripple-Plot auf die Größe der Fehler schließen: https://www.maurymw.com/pdf/datasheets/5C-026.pdf https://www.mariohellmich.de/projects/sma-cal-kit/img/airline.jpg Das kommt hier ja leider nicht infrage.
Noch eine Idee: Eine vollständige OSM-Kalibrierung im kalten Zustand am Ende der koaxialen Leitung vornehmen, mit möglichst guten selbst gebauten Kalibrierstandards. Dann bei der Messtemperatur eine Normierung mit Direct Compensation mittels Short (bzw. mit -S_11^meas/S_11^ref) vornehmen. Diese würde dann die Änderungen durch Wärmedehnung und Veränderung der dielektrischen Eigenschaften kompensieren. Die Frage ist, was am Ende genauer sein wird.
HF-Messer schrieb: > die Kalibrierung bei den >1000°C vorzunehmen Dann sollte eigentlich die Short-Messung mit Alufolie nicht geeignet sein - Alu hat einen Schmelzpunkt von nur 660°C. Das mindeste wäre Kupfer (1085°C), besser Nickel (1455°C) oder Chrom (1907°C) / Vanadium (1910 °C) oder ein entsprechender Stahl, aber Stähle haben sehr unterschiedliche Schmelzpunkte. Was jetzt für eine Kalibrierung günstiger ist, ein Objekt in der Form des Testobjekts aus Vollmetall, oder ein möglichst schlankes Objekt, das die Enden der Zuleitungen in dem Abstand ausfüllt, den sonst das Testobjekt benötigt, bei sonst gleichen Zuleitungslängen, sollten besser andere beantworten. Auch glaube ich nicht, dass man für eine zusätzliche KOAD-kalibrierung einen geeigneten 50-Ohm-Widerstand in den benötigten Abmessungen / Formfaktor findet, der die 1000°C aushält. Aber vielleicht doch ein Schichtwiderstand auf Porzellanträger, ohne Lackierung? Er muss ja nicht dafür ausgelegt sein, wenn er es doch tut! Der ganze Aufbau ist ja doch wohl experimentell?
Es stellt sich mir die Frage ob man diesen ganzen Aufbau nicht bei Zimmertemperatur und normalen Luftdruck mit einen 50 Ohm SMD Widerstand am Ende des Aufbaues kalibrieren sollte und man den Fehler, der bei dem tatsächlichen Einsatz unter Vakuum und 1000° Temperatur übrig bleibt, einfach toleriert. Auch stellt sich die Frage wie groß der verbleibende Fehler überhaupt ist. Ralph Berres
Ralph, ich nehme an diese 45-/50cm Koaxleitung ist hohl, Inneleiter nur mit Keramikstützen oder so; trotzdem gibt es da bei 1000° nicht nur die Längenausdehnung, die je im Millimeterbereich sein soll, sondern auch die Durchmesser von Innen- und Außenleiter vergrößern sich im heißen Bereich um einige Prozent. Wenn aber das Durchmesserverhältnis gleich bleibt, ändert sich der Wellenwiderstand ja nicht, man könnte die Kalibrierung also auch bei Raumtemperatur mit einer um die Längenausdehnung bei 1000° verlängerten Messleitung durchführen.
Josef L. schrieb: > ich nehme an diese 45-/50cm Koaxleitung ist hohl, Inneleiter nur mit > Keramikstützen oder so; trotzdem gibt es da bei 1000° nicht nur die > Längenausdehnung, die je im Millimeterbereich sein soll, sondern auch > die Durchmesser von Innen- und Außenleiter vergrößern sich im heißen > Bereich um einige Prozent. Es wäre wirklich mal interessant zu erfahren, wie groß der Fehler durch diese Parameteränderung denn tatsächlich ist. Es könnte ja durchaus sein, das die Fehler durch die Änderung der Koaxleitung so gering ist, das die dadurch verursachten Messfehler noch tolerabel sind. Das würde eine Kalibrierung des gesamten Aufbaues doch erheblich vereinfachen. Oder hat er es mit realen Rückflussdämpfungen von 40db und höher zu tun, die er messen will? Ralph Berres
Ralph B. schrieb: > Es könnte ja durchaus sein, das die Fehler durch die Änderung der > Koaxleitung so gering ist, das die dadurch verursachten Messfehler noch > tolerabel sind. Bei 2 GHz sind 1 mm Mikrostreifenleitung schon ca. 4,3° Phasenverschiebung, und 1 mm Koaxialleitung mit Teflon-Dielektrikum und 10 mm Außendurchmesser ca. 3,5°. Das merkt man, besonders wenn man das S_11 z.B. auf Impedanzen umrechnet. Im Fall des TOs dürfte noch mehr hinzukommen, da sich bei den Temperaturen auch Materialeigenschaften merklich ändern. > Das würde eine Kalibrierung des gesamten Aufbaues doch > erheblich vereinfachen. Oder hat er es mit realen Rückflussdämpfungen > von 40db und höher zu tun, die er messen will? Es werden ja komplexe Größen gemessen, dabei geht nicht nur um den Betrag der Rückflussdämpfung. Mal abgesehen davon könnte man auch bei vollständiger OSM-Kalibrierung an der kalten Leitung relativ einfach den Tracking-Fehler (durch Ausdehnung der Leitung, etc.) wie in Beitrag "Re: VNA 1-Port Kalibrierung ohne Match" gesagt nach Betrag und Phase korrigieren. Warum sollte man darauf verzichten? Das Problem bei einer OSM-Kalibrierung an der Stelle, wo die Probe sitzt, sehe ich eher bei der Fringing-Kapazität des Opens. Die wird man wahrscheinlich nicht vernachlässigen können, und irgendwie abschätzen bzw. messen und dann korrigieren müssen. D.h. man müsste passende Cal-Kit-Korrekturparameter ermitteln. Und weiter, wie man am Ende zuverlässig die Unsicherheit der Messung abschätzt. Wenn das eine wissenschaftliche Arbeit ist, wird man darauf sicherlich Wert legen.
Mario H. schrieb: > wie man am Ende zuverlässig die Unsicherheit der Messung > abschätzt. Wenn das eine wissenschaftliche Arbeit ist, wird man darauf > sicherlich Wert legen. Genau darum geht es. Abzuschätzen bzw. zu ermitteln, wie hoch die Messunsicherheiten sind. Dies wird selbstverständlich messtechnisch (z.B. Vergleich Short Heiss/Halt) aber auch theoretisch versucht systematisch einzugrenzen. Die zu chrakaterisierenden Proben befinden sich in einer Art "Fensterrahmen" bzw. flacher Schale, ca. 10x10x3 mm. Dies ist leider so vorgegeben. Die elektrischen Anschlüsse liegen etwa an den gegenüberliegenden Seiten. Das ganze liegt dann wiederum in einem Keramikträger, der den Wellenleiter aufnimmt und die Anschlüsse über ca. 10mm freie Leitbleche herstellt. Für die 1000°C schon arg an der Grenze dessen, was mechanisch möglich ist. Als Short kommen aktuell zwei Varianten in Frage: a) der gesamte "Fensterrahmen" wird durch ein Metallplättchen ersetzt b) im Fensterrahmen sind die Anschlüsse durch einen Platin-Bonddraht direkt verbunden. Dies bringt aber schonmal ca. 1.5 Ohm Widerstand mit sich. Ist aber am dichtesten am realen Messaufbau, da die Proben später duch Pt-Bonds darin kontaktiert sind.
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Bearbeitet durch User
Thomas W. schrieb: > Als Short kommen aktuell zwei Varianten in Frage: > a) der gesamte "Fensterrahmen" wird durch ein Metallplättchen ersetzt > > b) im Fensterrahmen sind die Anschlüsse durch einen Platin-Bonddraht > direkt verbunden. Dies bringt aber schonmal ca. 1.5 Ohm Widerstand mit > sich. Ist aber am dichtesten am realen Messaufbau, da die Proben später > duch Pt-Bonds darin kontaktiert sind. Bonddraht klingt nach dünn, also hohe Induktivität. Wenn man den Short als ideal voraussetzen will, sollte man darauf achten, dass für die Normalisierung seine Induktivität nicht zu hoch wird. Nimmt man mal über den Daumen gepeilt 10 nH pro 10 mm an (sollte man für die reale Drahttdicke nachrechnen), bekommt man aus
bei 2 GHz unter Vernachlässigung der 1,5 Ohm Wirkwiderstand eine Phasenverschiebung von
da
wenn ich mich auf die Schnelle nicht verrechnet habe. Für den idealen Short bekommt man arg(-1)=180°. Da fehlt nicht mehr viel, und so ein Short sieht aus wie ein Open.
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