VNA metingen interpreteren?

Wat het ding je hier wil zeggen, is:
"ik kan niet zien of de L en de R in serie staan of parallel.
Als ze in serie staan, zijn dit de waarden: (Rs en Ls)
Maar als de parallel staan, zijn dit de waarden: (Rp en Lp)"

Als de L en R ècht in serie staan, en je maakt een frequentiesweep, dan zie je Ls en Rs ongeveer constant blijven, terwijl Lp en Rp dat niet doen.
In werkelijkheid heb je altijd een snippertje Rp¹⁾ in de L, tegelijk met Rs, zodat er altijd wel wat beweging in de waarden zit.
Op maar één frequentie kun je dat natuurlijk niet zien.

¹⁾Al was het alleen maar de verliesweerstand in de parasitaire capaciteit.

De eerste 2 getallen zijn het serie equivalent.
De laatste 2 getallen zijn het parallel equivalent.

Als je met deze 2 componenten een parallelkring maakt
dan werk je best met de parallel resultaten van jouw meting.

Rl// in parallel met Rc// geeft 41 ohm//15k . Dat is ong 40 Ohm.

L// en C// : De resonantiefrequentie zal praktisch 69 kHz zijn.

Voor de impedantie op 20 Khz:

XL// @ 20kHz = j*11.46 Ohm
XC// @ 20kHz = -j*135.9 Ohm

De admittanties zijn dan

YL// @ 20kHz = -j* 1/11.46 S
YC// @ 20kHz = + j* 1/135.9 S

De totale reactive admittantie is dan:
Yr = YL+YC = -j * 0.08

Deze reactive admittantie in parallel met de conductantie van 1/Rt = 1/40:

Ytot = 0.025 -j*0.08

De impedantie is:

Ztot = 1/Ytot = 3.5587 +11.3879i = 11.9 Ohm < + 73 graden.

De kring gedraagt zich op 20Khz dus als een spoel met verlies

Hopelijk zitten er geen berekening fouten in. Iemand die controleert ? Laat ons weten wat je gemeten hebt.

Greetz

Nico Podevijn

Daarenboven zou ik heel wat hoger in de frequentie gaan vermits je nu waarschijnlijk heel kort bij de frequentiebodem van je VNA zit. Een MHz of zo zou beter zijn.

Voor deze VNA maakt dat niet zoveel uit, maar de spoel is misschien bedoeld voor hogere frequenties. Zijn X is daar hoger, zonder dat de Rs meteen veel hoger hoeft te zijn; zodoende is zijn Q daar hoger.

Maar natuurlijk meet je het liefst op frequenties waarop het spul uiteindelijk gebruikt gaat worden.
Is het meer voor de wetenschap, dan probeer je gewoon alles.

Okay Fet maar dan moet ik eerst serie en parallel nog even onder de loep nemen, want dat blijk ik vanuit de bron gezien toch niet helemaal te snappen.

Dit is mijn testfixture die hangt aan de TX poort van de VNA:

En dit is het parallel kringetje:

Als ik dit lc kringetje op mijn fixture aansluit dan staat de kring toch in serie met de VNA maar de kring blijft toch gewoon een parallel kring? Dus zoals hieronder?

Als ze in serie staan, zijn dit de waarden: (Rs en Ls)
Maar als de parallel staan, zijn dit de waarden: (Rp en Lp)"

Volgens mij staan ze met mijn bovenstaande configuratie gewoon in serie maar aangezien ik er in de sectie schoolvragen naast zat wacht ik toch even je reactie af.

Ik bedoel natuurlijk: parallel aan elkaar, of in serie met elkaar.

Als twee componenten parallel staan, dan staan ze beide op dezelfde spanning, maar de stroom deelt zich.
Als twee componenten in serie staan, dan voeren ze beide dezelfde stroom, maar de spanning deelt zich.

Bij mijn beschrijving van de gedachten van de VNA ging het om de meting van één (fysieke) component, waarbij de VNA ontdekt dat het gedrag niet helemaal spoelig, maar ook niet zuiver weerstandig is.
Hij besluit dus: "dit is een spoel met weerstandsverliezen, maar voorlopig kan ik niet zien of het serieweerstand is, of parallelweerstand.
Als de L en de R in serie zouden staan, zouden dit de waarden zijn: Rs en Ls (dit gaat dus nog steeds om één fysiek onderdeeltje); als de L en de R parallel zouden staan, zouden dit de waarden zijn: Rp en Lp (nog steeds hetzelfde dingetje)."

Daarmee bedoelt hij dus niet of JIJ dingen in serie of parallel gaat zetten, maar of de twee componenten van de impedantie - dat spoeltje dat je aangesloten hebt om te meten - INWENDIG als serie- of als parallelschakeling beschouwd kunnen worden.

Zolang je op één frequentie blijft, maakt het niet uit. Maar ga je sweepen, dan blijkt het verschil wel.

Als de L en R in werkelijkheid in serie zitten (als de R dus de draadweerstand is, bijvoorbeeld), maar jij gaat uit van de parallelvervanging, dan blijkt dat je Rp niet constant is bij wisselende frequentie.
Ga je in hetzelfde geval uit van de serievervanging, dan blijkt Rs wèl (praktisch) contant te zijn.

ze staan fysiek in parallel. fet had het over het feit of je het serie equivalent of parallel equivalent van een enkele component moet nemen wanneer deze niet ideaal is.

Meet nu maar gewoon op 20 kHz...

Okay, ik heb het zelf ook eerst even berekent en ik kom uit op:

- Z = 3,49+j10,71 = 11,26Ω@71,95grd

Dit is het meetresultaat:

Hier is een groter plaatje. De impedantie klopt op 20kHz evenals de resonantie frequentie. Het enigste wat niet klopt is de fase. Of kijk ik ergens overheen?

@Bert_mc

Volgens tom moet het vanaf 1Khz werken mits je de juiste audio settings gebruikt

Ik snap je vraag niet. Alles klopt toch? Kijk maar naar de Smith. Je begint laagimpedant, als spoel. Bij stijgende frequentie wandel je naar steeds hogere reactanties, tot je parallelresonantie tegenkomt. Daarna ga je vrolijk aan de capacitieve kant verder, waar de reactantie bij verder stijgende frequentie weer afneemt.

De Q is slecht; daarom wandel je ook niet over de buitenkant van de cirkel, maar een eindje naar binnen.

Wat mankeert er aan de fase? Die is keurig plus bij lage frequenties (waar de kring spoelig is), nul op resonantie, en min bij hogere frequenties (waar de kring condesatorig is).

Denk je er wel aan dat je naar de fase van S11 zit te kijken? Zoals je weet is S11 niet hetzelfde als U/I.
De fasehoek van de impedantie vind je onder de impedanties.

Jeetje fet, je hebt gelijk. Nou zie ik het ineens! Als ik naar de marker details ga en de fase bereken uit tan^-1jX/R, dan klopt het als een bus.

Denk je er wel aan dat je naar de fase van S11 zit te kijken? Zoals je weet is S11 niet hetzelfde als U/I.
De fasehoek van de impedantie vind je onder de impedanties.

Daar zit hem nou juist het probleem. Ik ben nog niet helemaal thuis in dat s-parameter verhaal. Dat moet ik nog bestuderen. Waar het mij in de eerste instantie om gaat, is dat ik de uitkomsten van simpele experimenten kan voorspellen en verifiëren om van daaruit verder de diepte in te duiken Stap één is nu gezet de meting klopt bij benadering met de voorspelling. Nu kan ik gaan kijken hoe alles af te leiden is uit die reflectie coëfficiënt.

Dit was i.i.g. een eerste aanzet. Voor de volgende experimenten kick ik het topic wel weer.

Dat is inderdaad s11 fase...
Wat wel niet klopt is telkens het reel deel van de impedantie:

Bij 20 kHz is je genormaliseerd reel deel R/ZO = 3.56/50 = 0.071. Op je figuur is dat 0.78. Een factor 10 verschil

Misschien een software prob ?

Dat (-0,78) is niet het reële gedeelte van Z, maar van S11.

Bij 20 kHz is je genormaliseerd reel deel R/ZO = 3.56/50 = 0.071. Op je figuur is dat 0.78. Een factor 10 verschil

Ik zie even niet hoe jij dit zo snel uit dat plaatje haalt?

Oeps.. inderdaad wat snel overgekeken.

Anyways..Jouw Metingen en berekeningen komen overeen.

Good job

Nico

S parameters: Je VNA meet zogenaamde wave quantaties. Die worden a en b genoemd. "a" is het incident, het signaal uit je TX port. "b" is het restant wat bij een ontvangstpoort aan komt. b/a is je reflectie coëfficiënt bij S11 of je transmissie coëfficiënt bij S21. a², b² is vermogen, of andersom de wortel van het vermogen is a cq b.

Nu is S11 niets meer dan Rho en dat is weer b1/a1, b1 is dus het signaal na de DUT op port 1 en a1 is je zendsignaal. Wanneer nodig natuurlijk complex want de vna meet ook het fase verschil.

S21 is zo het transmissie coëfficiënt, b2/a1. b2 is dus wat er van a1 aankomt bij port 2.

S22 is dan b2/a2 en S12 is dus b1/a2

Rho is ook (z-1)/(z+1) Waarbij z= de impedantie/50 ofwel genormaliseerd naar 50 ohm ivm smith.

Bij een reflectie meting heb je dan (intern in ons geval) nog te maken met port 3. En er is ongewenste lekkage van port 1 naar port 3, S31, crosstalk genaamd, en er is een koppelfactor tussen port 2(van de coupler) en en port 3. Daarnaast kan er verlies in S21 zitten. Deze factoren (S32 x S21) vermenigvuldigd noemt men tracking(R). De tracking en de crosstalk vormen de directivitie. Populair het verschil tussen open/short en match genoemd. De formule is D=S31/R en dat kan je weer herleiden naar iets wat neekomt op de populaire omschrijving als je het tenminste eerst naar log omzet.

Deze zaken veroorzaken fouten welke grotendeels worden gecompenseerd middels error correction en calibratie maar naarmate je dichter bij R=1 komt neemt de meetonzekerheid toe. Bij een echte 2-poorts meting maakt hij gebruik van de maximale error correctie. Hij kan dan namelijk de Scattering parameters met elkaar vergelijken. Die moeten namelijk met elkaar kloppen.

Aangezien jij wel goed in rekenen bent, kun je hier vast wat meer mee dan ik: De complete foutkans is M=R x Rho(dut) x (1+x)=W x (1+x) x=D/Rho(dut) en W= R x Rho(dut). Dat hele gebeuren heeft met vectoren te maken en dat is niet mijn sterkste kant. Maar in het R&S boek staat het tot in detail voorgerekend.

Er zijn ook tabellen waarin staat wat je foutkans is bij welke Rho. Hoe dichter bij 1 of -1 hoe groter die kans.

Maar zover ik kan beoordelen en de rest vindt dat zo te zien ook, kloppen je metingen.

Er is alleen iets wat ik ook niet helemaal snap. De dip van he S11 ligt niet op het resonantie punt. Dat zou ik wel verwachten. Ik denk dat hier de verliezen schuldig aan zijn. Klopt dat ?

Ik zou het jezelf wat makkelijker maken en op bv 200KHz meten.

Ik wilde dat ik van te voren kon berekenen wat ik ga zien. Ik weet door theorie en gebruik wat ik zie en kan verwachten maar ik kan er geen berekeningen aan op hangen. Gelukkig hoeft dat meestal ook niet met deze VNA. Na de vakantie maak ik het hoofdstuk over resonantie metingen van de VNA cursus af.

Op 5 mei 2010 00:27:22 schreef fred101:
Bij een reflectie meting heb je dan (intern in ons geval) nog te maken met port 3. En er is ongewenste lekkage van port 1 naar port 3, S31, crosstalk genaamd, en er is een koppelfactor tussen port 2(van de coupler) en en port 3. Daarnaast kan er verlies in S21 zitten. Deze factoren (S32 x S21) vermenigvuldigd noemt men tracking(R).

Wel, dit wist ik zelfs niet. Leerzaam stukje.

OK, voor de liefhebbers, er is nog een fout-factor: de test port mis-match welke interne reflecties in het DUT kan veroorzaken. De test port is nooit precies 50 ohm. Je krijgt dus een signaal uit port 2 (of een ander) in je DUT. Die is ook geen 50 ohm dus die reflecteert een deel van zijn signaal. Dat komt weer bij port 2 aan maar deze is geen 50 ohm dus een deel gaat weer de DUT in. Een deel wordt daar weer gedissipeerd maar een reflectiedeel gaat weer terug enz.

Het rekenwerk.
a2=b2 x Rho(dut) x (1+Rho(dut) x S) of bij meervoudige reflecties:
a2= (Rho(dut) / (1 - S x Rho(dut)) x b2 , S is het testport reflectie coëfficiënt. De hele formule eerder wordt dan:
M= R(D+Rho(dut)(1+S.Rho(dut))

Ik tik dat ook maar over hoor. Ik kan waarschijnlijk niks met die formules maar ik begrijp wel precies wat ze betekenen en welk mechanisme ze beschrijven. Dat is altijd nog beter dan een formule toepassen terwijl je niet weet wat ze er mee bedoelen.

Je kunt dus met een scoop op een frequentie een soort vna meting doen. Je kan de fase meten (natuurlijk moet je dan rekening houden met de kabels die precies even lang mpoeten zijn.) en je kunt het amplitude verschil meten. Die twee spanningen gedeeld (in een 50 ohm omgeving) leveren ook Rho op. Daarna moet je dus een boel rekenen.

Als laatsts: als je alle foutkansen berekent krijg je in smith een circeltje. Je echte resultaat ligt ergens op die circel. Met een analoge VNA moet je dus al dat rekenwerk doen. Met de VNWA wordt dat voor je gedaan.

Er is alleen iets wat ik ook niet helemaal snap. De dip van he S11 ligt niet op het resonantie punt. Dat zou ik wel verwachten. Ik denk dat hier de verliezen schuldig aan zijn. Klopt dat ?

Hey, hey fledjuh. Toch nog even stiekem browsen hé Als jij die dip van de dB trace bedoelt, dan was ik daar zelf ook nieuwsgierig naar. Ik had daar ook een overeenkomst met de resonantiefrequentie verwacht. Dus als iemand hier nog iets over kan zeggen, dan hou ik mij aanbevolen.

NB.
De reflectie berekeningen komen van de week wel aan bod ik moet morgen eerst even examen doen. Dus dit uitstapje met de vna houdt mij weer van mijn verplichtingen

De dip in S11 komt inderdaad door verliezen - meer bepaald, door het feit dat er ergens vermogen wordt afgegeven. Want zodra er wat vermogen afgegeven wordt, wordt dàt aandeel niet meer gereflecteerd, en heb je dus een dipje in de S11.

De vraag moet dus zijn: waarom is er geen maximale vermogensafgifte bij resonantie, maar op een andere frequentie? (die meestal wel vlak in de buurt ligt)

Wel, er is resonantie en resonantie. Waar jullie nu naar zitten te kijken, is de faseresonantie: de frequentie waarbij het hele katje zich ohms gedraagt.
Maar er bestaat ook de term amplituderesonantie. Dat is waarbij de spanning en/of stroom zijn maximum bereikt.
Het verschil is bij redelijke Q's altijd klein; bij een Q van 100 of zo is het verwaarsloosbaar.

Maar er is geen wet die stelt dat die twee hetzelfde zouden moeten zijn. Bij een zuivere parallelschakeling is het wel zo, en bij een zuivere serieschakeling ook.
Maar hier heb je een serieschakeling van een R met een L, die weer parallel staat met een C. In zo'n gemengde schakeling vallen de twee niet samen.

Voorbeeld: L=100µH met een Rs=1Ω; hieraan C=100n parallel.
Faseresonantie treedt op bij 50,35 kHz; amplituderesonantie (maximum vermogen in de Rs) bij 45,0 kHz.

Weer een klein mistery opgelost. Ik ben in ieder geval blij dat het klopt met wat ik al een beetje dacht.

Weer een klein mistery opgelost

Nou voor mij nog niet hoor fled.

Ik vind het nog best wel een toer om de omschakeling te maken naar dit paradigma. Maar dat heeft ook te maken met nieuwigheid, daar heb ik dan altijd even last van. Zoals ik het nu een beetje zie is die S11 in dB dus een soort omgekeerde evenredigheid, d.w.z. hoe lager de S11 in dB des te groter is het opgenomen vermogen toch?

Woelige woeli:
S11 is de return loss in dB. De VNA stuurt een signaal "a1" uit en dat splitst hij middels een powersplitter. Het gaat naar een referentie ontvanger en naar de TX port. Zo weet hij precies hoeveel vermogen er op moment x uit gaat en dus ook wat er van terug komt. Er zit een directional brigde tussen dat gebeuren en de connector. Die meet de reflectie en dat wordt doorgesluisd naar de RX ontvanger.

Nu kan er bij een "open" geen stroom lopen. Alles reflecteert. Net als je bij een generator een open klem spanning hebt van bv 10V en als je hem dan afsluit met zijn eigen impedantie dan wordt dat 5V. probeer maar eens bij je rigol. Je zou kunnen zeggen dat bij die open klem spanning ook alles gereflecteerd wordt.

Fet heeft dat ooit mooier en beter verwoord met wat militairen als voorbeeld.

Bij een short kan er heel veel stroom lopen maar het komt dus ook allemaal terug. Er zit niets in het circuit wat (ideaal) vermogen dissipeerd. Het komt nu alleen in tegenfase terug. In beide gevallen is
het vermogen wat terug komt "b1" net zo groot als dat wat uitgaat.

Rho is in dat geval 1/1=1 of -1/1=-1

Als er nu 50 ohm achter zit dan is er een maximale vermogens overdracht. Er komt dus niets terug. Alles wordt gedissipeerd.( b1=0 dus Rho= b1/a1=0) De trace moet dan minder dan -25dB zijn. Dan is het al zo goed als 50 ohm. -45dB is zo'n beetje de practische max. Je ziet dat er dus nogal wat dB's zit tussen 50 ohm en 50,1 ohm. Je kunt aan die trace ook niet zien of het hoog of laag ohmig is. Alleen of het afwijkt van 50 ohm, of eigelijk, of er reflecties zijn. Aan het teken van Rho zelf zie je wel wat de impedantie is.

Alle mogelijke reflectie wordt gedempt of all the return power is lost. Vandaar reflectiedemping of return loss. |Rho|² is het vermogen wat terug komt en dat kan je dan natuurlijk ook in dB uitdrukken.

Dus als je een resonantie hebt bij een parallelkring dan is de impedantie van die kring heel hoog. Maar hij is niet perse 50 ohm en het hoeft dus niet op dat punt de maximale weerstand te zijn zoals Fet uit gelegd heeft. Die S11 geeft tenslotte alleen maar aan hoeveel vermogen er terugkomt op dat punt en geeft dat weer tov de referentie van 50 ohm.

Dat is alles wat S11 is, (b1/a1). De rest wordt er allemaal rekenkundig van afgeleidt.

Fledjuh, je bent weer helemaal back in town of niet?

Maar dan komt het wel zo'n beetje neer op wat ik zei met betrekking tot die return loss van die reflectiecoëfficiënt. Wat ik een beetje een lastige overgang vind is dat je iets kwantificeerd in termen van verlies; dat is wat ik bedoel. Normaal doe je dat in termen van winst za'k maar zegge. Dus normaal is plus winst maar nu is min winst Ik ben tot nu toe alleen maar simpele metingen aan het doen geweest met een scoopje en dan kijk je alleen maar naar amplitude als functie van de tijd. Met die VNA kijk je naar reflectie als functie van frequentie en dat kun je op heel veel manieren doen, dus VSWR, |Z|, Z, Y etc. Dus b/a is nog maar het begin, het zegt nog niet zo veel, dat gebeurd pas als je gaat afleiden en dat is wel even andere koek. Maar dat geeft niet, ik ben er niet bang voor. Dat puzzelen vind ik wel leuk.

Ik zit nog tot maandag in Zeeland.

Winst of verlies , what's in a name. De fles is half vol of half leeg. Het is niet veel anders hoor.

Sluit je functie generator maar eens aan. Zet je scope via een 1:10 op de ingang. Stel de generator in op 10Vtt. Nu sluit je de generator aan op een 50 ohm weerstand (via je duthouder bv). Meet nu met je scoop de amplitude. Die is 5Vtt minder. Je hebt nu namelijk maximaal vermogensverlies. Je "verliest" je vermogen aan die weerstand. Als je bedoeling is daar zoveel mogelijk te verliezen zou je het winst kunnen noemen maar wil je echt winst hebben dan moet je DUT versterken. Je meet nu dus de 5V die bij de weerstand aan komt. De 5V die terug gaat is een berekening. Doe dat ook eens met 100 ohm. Je hebt nu de a en b waarden. Kun je lekker mee rekenen

Je zou ook een directional coupler kunnen plaatsen. Dan meet je daar het equivalent van die andere 5Vtt in de vorm van de reflectie. Samen heb je nu 10V. Meet je maar 9V dan weet je dat er ergens tussen die twee vermogen verloren gaat. Doordat je twee keer hebt gemeten heb je een soort calibratie. Je weet dat het samen 10V moet zijn. Zonder de tweede meting is er alleen een aanname mogelijk. Om het in een Woe-li master sous te gieten. Er kan van alles met het incident signaal "a1" gebeuren na vertrek. Op het moment dat je de meting bij de DUT doet valt er een hoop af en is het waarschijnlijk dat er 5V terug gaat. Als je meet wat er teug komt dan vallen de andere mogelijkheden ook af en weet je wat er met je signaal gebeurd