VNA om S11 te meten

Totale beginner

Golden Member

Hallo,

Steeds meer bouw ik designs met antennes in, van PCB antenne tot chip antenne. Tot nu toe bouw ik dat echter altijd blind waardoor ik totaal niet weet of de gebruikte netwerkmatching, behuizing, ... de antenne verstemd of niet. Ik wil dus de return loss of S11 parameter kunnen meten.

Echter wil ik hier niet meteen een paar duidend euro tegenaan gooien daar ik geen S21 of andere parameters wil meten maar vooral S11.

Ik zie verschillende opties:

  • PocketVNA
  • MiniVNA PRO2
  • NanoVNA

Nu had ik graag eens gehoord wat jullie hebben/gebruiken en wat jullie aanraden.

Mvg,
Daan

Ha Totale beginner,

Daar zit nogal een verschil in frequentie bereik welke frequenties wil je kunnen meten ?
En of je er iets aan heb :? ik ken die apparatuur niet echt @Bert_mc heeft er ervaring mee kijk eens op een draadje van hem.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Totale beginner

Golden Member

Hallo Henk,

Ik werk momenteel voornamelijk met LoRa op de 868 en 915MHz band. Het zou echter ook handig zijn moest ik met dezelfde investering op de 2.4GHz ISM band zou kunnen meten (WiFi/BLE).

Mvg,
Daan

Totale beginner

Golden Member

Ik heb nog wat verder gelezen en misschien kan mijn DSA815-TG ook de VSWR en bijgevolg S11 kan meten als ik gebruik maak van een bidirectionele koppeling:

https://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=ZFDC-20-5-N…

Dit zou natuurlijk een zeer economische oplossing zijn waarmee ik alvast al eens kan meten op de 868MHz antennes waar ik nu mee bezig ben.

Wat ik mij nu afvraag is of zo'n koppelaar alleen afdoende is omdat ik lees dat een VNA pas relevante metingen doet met een Open, Short, Load calibratie kit, daar spreekt echter niemand over.

Ik heb alleszinds het gevoel dat mijn SA een betere RF frontend zal hebben dan een 390 euro kostende USB VNA of ben ik mis?

En wat met dit soort koppelaars: https://nl.aliexpress.com/item/33019027749.html?spm=a2g0o.productlist.…

Zijn deze te vertrouwen?

Mvg,
Daan

[Bericht gewijzigd door Totale beginner op donderdag 16 april 2020 09:56:43 (20%)

Frederick E. Terman

Honourable Member

Het hangt ervan af wat je wilt weten.
De Open en Short calibratie zijn belangrijk als je sterk van de karakteristieke impedantie afwijkende metingen toch nauwkeurig moet doen.
Vaak hoeft dat niet. Om te weten of de belasting aanpast, is het niet nodig. Dan hoeft alleen de Load te kloppen. Dat kun je trouwens gemakkelijk controleren als je een betrouwbare dummy load hebt.

De betaalbare meetbrugjes zijn prima bruikbaar tot een SWR van 3 of misschien 4. In jouw geval wil je daar tóch altijd onder zitten, dus als de meting een SWR van '6' aangeeft weet je misschien niet of het nu eigenlijk 5,8 of 6,4 is, maar dat maakt dan niet uit: je moet dan toch iets aan antenne of matching veranderen.
En tegen dat je in de buurt van aanpassing komt, is je eenvoudige brug nauwkeurig genoeg.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
Totale beginner

Golden Member

Hallo Frederick,

Hartelijk dank voor de reactie, ik ga eens zo'n meetbrugje bestellen en aan de slag gaan met de DSA815, dan laat ik mijn bevindingen en eerste stappen in het matchen van een antenne hier weten.

benleentje

Golden Member

Bij mijn weten is een spectrum analyser met TG niet hetzelfde als een Vector netwerk analyser. De eerste meet enkel bij een range van frequenties de signaalsterkte. Een VNA meet daarbij ook nog minimaal de fase van het signaal.

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.

Ha Totale beginner,

Gisteren jou link bekeken van de VNA's tja leuk maar het blijft hobby spul :P
Ik heb hier een aantal chipies van ADI die zitten daar ook in en dat gaat goed maar niet met een nauwkeurigheid als indicatie prima.
Jou vraag omtrent de DSA815-TG die ken ik ook niet maar dat lijkt mij een betere oplossing je meet dan scalar daar is niets mis mee waarom zou je vectorieel meten :?
Door de VSWR te bepalen heb je info genoeg die chipies halen zo'n 4...7 dB reflectie demping.

Jou linkje Aliexpress dat is voor niks :7 daar heb je er twee van nodig om een T-bridge te fabrieken maar een voor de S11 prima.
Als ik de behuizing bekijk zijn het 20 dB richtkopplers van Narda niet verkeert daar kan je geen buil aan vallen.
Het voordeel van een richtkoppler die hoef je niet perse te kalibreren wel om de reflectie te meten achterstevoren aansluiten.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
fred101

Golden Member

Op 16 april 2020 09:52:46 schreef Totale beginner:

Wat ik mij nu afvraag is of zo'n koppelaar alleen afdoende is omdat ik lees dat een VNA pas relevante metingen doet met een Open, Short, Load calibratie kit, daar spreekt echter niemand over.

Ik heb alleszinds het gevoel dat mijn SA een betere RF frontend zal hebben dan een 390 euro kostende USB VNA of ben ik mis?

Mvg,
Daan

Zie hier wat niemand schrijft over oa VNA calibratie ;-) https://www.pa4tim.nl/?p=1594

Er zijn SA's die vast een beter front end en generator hebben. Er zijn er ook die dat niet hebben. Het voordeel van een VNA is dat hij de impedantie kan splitsen in het reel en imaginaire deel. Je kunt dus zien wat je precies moet aanpassen.
Als je alleen maar wat aan een trimmer moet draaien tot je SWR 1 is dan kan je dat ook met een SA en zijn TG.

Alleen zal je meting nooit beter kloppen dan de referentie die je hebt. In jou geval bv de dummieload En om dat te controleren moet je dus iets hebben wat gegarandeerd een SWR van 1 geeft wanneer je dat er ten controle aanhangt. Dat maakt cal kits zo duur. Het moet iedere keer exact de zelfde meetresultaten geven bij jou als ze opgeven in de specs. Je kunt prima 51 ohm gebruiken, zolang de analyser dat maar weet.

Bij een netwerk analyse doe je dat meestal vooraf. Vroeger ging je dan met gematchte coax, trombonnes en een cal kit (open/short/load maar er zijn meer smaken) etc aan de gang net zolang totdat de analyser een waarde gaf die overeenkwam met je cal kit standaards .

Helaas lukt dat niet altijd alleen met een puur ohmse load. Vaak moet je op hogere frequenties (boven 100 MHz ofzo) ook het nodige aan paracitair imaginaire gedoe compenseren. De analyser heeft een generator en via een splitter wordt het direct naar een 50 ohm referentie ntvanger gestuurd en via een te meten load naar een meet ontvanger. De analyser laat dan het verschil in ohmse weerstand en fase zien. Dat kan op diverse manieren maar dat is heel kort door de bocht het principe.

Daarvoor gebruik je een open en een short als "ideale" standaard voor imaginair en een 50 ohm weerstand voor het ohmse deel. Helaas heeft bij 2,5 GHz bijna alles niet ideale eigenschappen. De 50 ohm heeft zelfinductie, de open en short hebben capaciteit dan wel zelfinductie + weerstand.
Dat is niet erg, zolang je maar weet wat ze hebben. Dan kan je dat er uit rekenen, of tegenwoordig, de VNA het vuile werk laten doen. Daarnaast kan je het dan als VSWR, Return loss en fase, reflectie coefficient, polair, , impedantie uitgesplitst in ohms+imaginair etc laten weergeven. Ook kan je zo niet ideale dingen in je meetopstellig eruit laten rekenen of bv een verschil in referentie vlak laten corrigeren.

Dat is het zogenaamde calibreren. Een VNA is redelijk dom. Hij weet niet wat hij meet maar is erg goed in vergelijken. Je geeft hem een load van 50,456 ohm met bv 30 nH zelfinductie. Hij doet een sweep nadat jij hem verteld hebt dat dit 50,456 ohm met 30 nH is. Nu weet hij dus hoe dat er uit ziet en daarna vergelijkt hij alles daarmee.

Zou je hem 60 ohm als calibratie referentie geven en vertellen dat het 50 ohm is, dan zal hij daarna een echte 50 ohm load als grofweg 40 ohm meten want dat ding is 10 ohm minder dan de load waarvan jij zei dat het 50 ohm was. Hij zal dus nooit beter kunnen meten dan de referentie die je voor calibratie gebruikt. Dat is gelijk het hoofd probleem punt bij goedkope bruggen/couplers zonder calibratie data. Bij heel hoge frequenties gaan ook dingen als kabels meespelen. Ik heb ooit 3 splinternieuwe gecalibreerde kabels gekregen. Die waren een paar honderd dollar per stuk.

Voor jou toepassing is dat mogelijk allemaal overkill, dat moet je zelf bepalen. Als je alleen iets tot minimum of max wil opdraaien met je dummieload of antenne als referentie kun je met een SA+TG en geschikte coupler/bridge ook een eind komen. Of je dan werkelijk optimaal bezig bent zou je dan een keer kunnen testen als je iemand met een VNA kent.
Als dat niet lukt dan zul je toch richting VNA moeten (of als je erg masochistisch bent, iets als een oude RF admittance of impedantie brug )

Als je met je SA genoeg afstraling meet, de zender niet te veel stroom trekt en niet heet ofzo wordt dan kujn je daar tevreden mee zijn. Als je de laatste microwatt eruit wil peuteren wordt het een stuk complexer en duurder. En je kunt niet alles met de zelfde spullen meten. Sommige filters krijg je met een SA of SWR meter al goed, andere lukken alleen met een VNA die ook TDR kan of met vreselijk veel geduld en wat geluk.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Totale beginner

Golden Member

Aan allen, hartelijk bedankt voor de zeer leerrijke input. Als ontwikkelaar die vooral digitale elektronica doet vind ik deze RF wereld zeer interessant om beter te leren kennen.

@fred101: wat fantastisch om zo'n hands on cursus te hebben gemaakt. Fantastische lectuur tijdens deze coronacrisis.

Ik heb alvast de nodige onderdelen besteld bij rfshop.co.uk, dat is net wat sneller dan AliExpress. Van zodra ik deze binnen heb ga ik aan de slag en ik zal jullie in dit topic op de hoogte houden.

Als je enkel geinteresseerd bent in de return loss dan kun je volgens mij beter een antenna analyzer kopen.

Op Ebay kom je met regelmaat gebruikte antenne analyzers uit de telecom industrie tegen. Anritsu Sitemaster b.v. de S331B meet return loss en distance to fault van 25MHz tot 3300MHz. Zie ze regelmatig aangeboden worden voor rond de 500 euro. Voordeel is dat die dingen portable zijn en je dus ook op locatie metingen kan uitvoeren.

[Bericht gewijzigd door Blackfin op maandag 20 april 2020 10:19:32 (61%)

This is the world we know best, the world of madness
Totale beginner

Golden Member

Hallo allen,

Ik heb vandaag het materiaal binnengekregen en heb volgende tutorial gevolgd: https://www.edn.com/measuring-vswr-with-the-rigol-dsa815/

Ik heb alles als volgt aangesloten:

  • Uitgang van de tracking generator aan de OUT aansluiting van de coupler.
  • De RF input van de SA aan de Coupling aansluiting
  • De antenne aan de IN aansluiting.

Ik heb dan genormaliseerd zonder aangesloten antenne en dan de return loss gemeten met de antenne er aan. Dit was zeer interessant:

Een 868MHz antenne van een Europese leverancier (http://datasheets.avx.com/ethertronics/AVX-E_9000984-XLPDNB.pdf) die rechtop staat:

Diezelfde antenne maar nu 90 graden gebogen en dus dichter bij het grondvlak van de printplaat:

Een 868MHz antenne van AliExpress:

De antenne van AliExpress is dus duidelijk gebouwd voor de US 915MHz band en niet voor de Europese.

De 868MHz antenne is dus eerder op 860MHz dan op 868MHz getuned, is dit iets wat met matching kan worden gewijzigd of totaal niet?

Ha Totale beginner,

Heee je heb hem al snel binnen dit is geen narda maar wel mooi lijkt mij nieuw :D
Je heb hem goed aangesloten in mijn vorige opmerking wees ik hier op.
Kijk met zo,n aftakelement heb je niet zozeer een short nodig alleen open is voldoende dit is maximale reflectie je meet immers geen fase !
Als je een goede 50Ω weerstand bezit kan je eens kijken hoe groot de reflectiedemping is die je nog kan meten.
Maar met jou antennes heb je directivity genoeg dus is de fout verwaarloosbaar.

Tja de antenne dat valt niet mee klein stukje inkorten aan de bovenkant voorzichtig iets afknippen misschien.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Op 23 april 2020 12:01:42 schreef Totale beginner:

De 868MHz antenne is dus eerder op 860MHz dan op 868MHz getuned, is dit iets wat met matching kan worden gewijzigd of totaal niet?

Als je de datasheet leest dan zie je daar staan dat de antenne getuned is in free space. Dus dat hij verloopt met een grond plane eronder is logisch.

Deze antenne is dus feitelijk geoptimaliseerd voor montage op een coax kabel.

This is the world we know best, the world of madness