Dubbelresonantie ?

Liggen jou in en uitkoppel spoelen op elkaar ? Meestal leg je de te meten spoel tussen de koppelspoelen in.

Meet eens zonder je DUT. Heb je dan wel een absoluut vlakke lijn ? Alles verder wel op de zelfde plaats houden.

Welk frequentiespan zien we hier ?
Meet de de spoel of een kring ?

Ik vind het namelijk een heel vreemde S21 curve.

Een parallelkring is hoogohmig, je moet dan een vlakke lijn krijgen, geen trajectdemping, met een resonantiepiek naar onder, een dal dus. Je hoort niet zo'n enorme zooi resonanties te zien bij een spoel met deze kwaliteit. ( tenzij we naar enkele GHz tegelijk kijken.) Ik denk dat je calibratie niet goed genoeg is. Het zou me ook niet verbazen als de spoelen andere signalen oppikken.

Even maar een apart antwoord:
http://www.pa4tim.nl/?p=1960 Hier heb ik ook wat getest vanmiddag.

Volgens een boek moet je de zwarte of rose trace zien bij de methode met uitkoppelen. Dat gebeurd alleen op genoeg afstand. Ik denk dat de vna dan eigenlijk niets meer ziet maar wel de ophoping van kring-energie ontvangt. In jou geval liggen de probes te dicht bij elkaar, zie de blauwe trace maar ik kreeg dat effect ook bij mijn analoge HP VNA. Ook op grotere afstand. Dus verklaren kan ik het niet. Aan de fase te zien is de berg geen resonantie, dat is die dip juist. Welke methode klopt dan ? Ik denk die met de bult, er gaat daar blijkbaar geen energie verloren uit de kring en een meting met de griddipper geeft dat ook als resonantie frequentie aan.

http://www.pa4tim.nl/wp-content/uploads/2010/12/dctotaal.jpg

Oja, je probes hebben erg lange "antennes"

[Bericht gewijzigd door Henry S. op dinsdag 4 januari 2011 15:16:55 (1%)]

1000x bedankt Fred dat je dat ook even probeerde!

Dat met die ferrieten is een goed idee, ga ik ook toepassen en kijken of ik dan minder resonanties krijg zonder DUT.

Die dubbelresonantie is tot mijn verbazing verklaarbaar tot op circuitnivieau. Even een simulatie gedaan van 3 gekoppelde resistieve spoelen:

Ik experimenteer nu met de waarden en het effect is blijkbaar een gevolg van de kleine doorkoppeling tussen zend en pickup probe in combinatie met lichte koppeling tussen probes en DUT. Als de doorkoppeling minder wordt schuift de DIP op...

Je kunt in ieder geval wederzijdse inductie nog een flink stuk dempen door beide lussen 45 graden te draaien, zodat ze 90 graden ten op zichte van elkaar staan. Wederzijdse beinvloeding is dan in ieder geval geen probleem meer.
(dan staan ze wel half de lucht in, wat misschien wat minder handig is)

Ik weet het niet helemaal zeker, maar het zou me niet verbazen als juist deze wederzijdse koppeling zorgt voor dit effect.

Ik denk dat het inderdaad koppeling is van de spoelen. Bij de analoge HP heb ik namelijk veel meer vermogen (+10dBm tov -18 bij de digitale) vandaar dat ze daar wel koppelen.

Ik heb het ook geprobeerd te simuleren maar ik kreeg dat effect niet omdat ik de in- en uitkoppel-spoel niet koppelde. Nu snap ik wat je met die dubbele resonantie probeerde, doordat je trace zo "rommelig" was herkende ik het niet. In je detailfoto zag ik een stuk dubbele trace en ik dacht dat je dat bedoelde.

Ik heb de simulatie nu herhaald met een koppeling tussen de in en uitkoppelspoelen en ik krijg het zelfde effect wat jij krijgt.

Leuk! De (her)ontdekking van de griddipper.

(Koppel maar eens wat sterker in, de piek wordt lager en de dip dieper.)

Klopt,dat had ik ondertussen al geprobeerd

En allemaal hebben ze gelijk .

Er is nog meer (simulatie):
-De dip kreeg ik weg door de koppeling tussen probes onderling veel kleiner te nemen dan koppeling tussen probes en DUT
-Als je de "berg" opmeet nabij de ruisvloer om zo de onbelaste Q te benaderen is de verwaarloosbaarheidsfactor veel groter: maw het is praktisch bijna niet meer mogelijk om de "dubbelresonantie" weg te werken.
-Q is convergent (tot op 2%) vanaf een piek op -40dBm. De piek lager opmeten wordt vanaf dan moeilijker (meer ruis, verschijning van de dip). Maw te los koppelen is ook niet goed
-En het strafste vanal: De -3dB techniek op de berg toepassen om de Q te bepalen wijkte 20% af van de ingegeven Q (zelfs na de convergentie!)

EDIT: dat laatste was mijn fout. Frequentiestap moet je heel klein nemen

Bij de metingen die ik ooit eens moest doen heb ik de detector kant van de VNA voorzien van een hoogohmige FET buffer versterker. Het pickupspoeltje wordt dan al grotendeels uit de invloedssfeer gehaald. Alleen de driverspoel speelt dan nog mee. Maar vanwege de toegevoegde versterking kan deze dan weer verderweg worden geplaatst.

Wat ik nu al 3 keer zeg: Draai dat zend en dat ontvanstspoeltje beiden 45 graden, zodat ze allebei scheef omhoog staan. (dus draaien t.o.v. een horizontale as) Dan zouden de lussen elkaar in ieder geval niet meer mogen beinvloeden. Hun hartlijnen staan loodrecht op elkaar, maar niet loodrecht op de DUT, dus ze meten wel allebei aan de DUT.
Het kost je wel 6dB, maar dat is niet zo heel erg denk ik.

@ jojo zo kan het idd ook. Nog wat staan simuleren, die doorkoppeling tussen probes mag echt nix zijn of je krijgt de "dubbelresonantie" te zien.

Ik kreeg veel meer last van het fenomeen toen men DUT's kleine spoelen waren. Ook logisch: De koppeling tussen probes en DUT wordt kleiner als je dezelfde afstand neemt. De onderlinge koppeling tussen probes is dan relatief minder verwaarloosbaar en de "dubbelresonante" curve komt dan tevoorschijn.

Verder: assymetrie is toegestaan zolang koppelingen meting niet beinvloeden

@zweetvoetje: het komt echt aan op zeer kleine koppelingen. Door een brilletje te maken krijg je ook theoretisch een nulkoppeling. Ik zal jouw draaimethode morgen in het labo eens praktisch uittesten en als het beter werkt een stabiele mechanische constructie bedenken

@Fred ivm die antennes en common mode onderdrukking: zou ik men coax stukjes oprollen of ben ik beter af met ferriet ? Ik las op je site dat het ferriet breedbandiger werkt ?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op dinsdag 4 januari 2011 22:48:22 (30%)]

Ligt aan je ferriet en je frequentie. Zo'n rolletje kan voor een frequentie ook erg goed werken. Ik heb ze er om gedaan onder het mom, baat het niet dan schaadt het niet. Ik kan de H-probes calibreren en ook voor crosstalk alleen gaat dan de noisevloer omhoog en dat was hier wat onhandig. Met een vna kan je het gewoon meten

Mijn kleine inkoppelspoelen zijn H-probes als ik het goed begrepen heb. Hoewel de meeste H-probes van die kleine afgeschermde spoeltjes zijn. Het is een kortsgesloten spoel met een kleine opening aan het uiteinde. Ik kwam ook de naam EMC probe en EMC of RF sniffers tegen. Ik had die andere spoelen al dus het leek me leuk deze eens te maken. Ik weet niet of ze dan nog gevoelig zijn voor draaien. Dat heb ik niet geprobeerd. Ik heb het ontwerp ergens op het net gevonden maar weet niet meer waar. Die had alleen de opening bij de kortsluiting. In een commerciele zag ik dat midden op de loop vandaar dat ik dat ook gedaan heb.

Ik heb ook een passieve microprobe gemaakt maar nog niet getest. Van een stukje hardline met een schuin aangesoldeerde aardstrook. Die kan ik bv over een weerstand zetten of in een circuit gebruiken. Je kan dan aan de tip calibreren.

Ik weet niet of het ook voor de uitkoppelspoelen opgaat maar in de AN van agilent hierover stonden correctie formules voor metingen met die dingen waar je in jou geval ook wel wat aan kan hebben. Zoals de contactweerstand. Deze is al snel 50 tot 100mΩ Ik denk dat dat ook geldt voor een gesoldeerde verbinding. Aangezien je spoel een hele lage ohmse weerstand heeft kan die soldeerverbinding deze dus zo ongeveer verdubbelen. En je weet wat dat met de Q doet.

http://www.bcarsten.com/?page=probes over H en E probes
http://www.home.agilent.com/sec/facet.jspx?cc=DK&lc=dan&k=micr… nummer 3 is over microprobes maar de rest is ook leuk.

Zo'n brilletje heeft theoretisch gezien geen koppeling voor het H-veld (als je hem tenminste precies goed uitlijnt) Maar omdat de spoelen zo dicht op elkaar zitten heb je een enorme koppeling van het E-veld (parasitaire capaciteiten). Je kunt dit dan wel op 1 frequentie compenseren door de spoelen net wat meer of minder over elkaar te zetten, maar dan gaat het op andere frequenties fout, zeker als er resonerende objecten (die de impedantie van alle kringen beïnvloeden) in de buurt zijn.

Als je ze 90 graden op elkaar zet dan hoef je beide spoelen niet meer naast elkaar te zetten, maar kun je er gerust 10cm tussen zetten.

Omdat ze minder inkoppelen met de DUT kun je ze ook een klein beetje dichterbij de DUT zetten om het signaalverlies te compenseren. (ze koppelen minder sterk met de DUT, dus daarvoor mag je zonder problemen compenseren door het dichterbij te zetten) Dan wordt de koppeling met het elektrisch veld misschien wat sterker, maar als je de twee spoelen op de lijn zet van midden DUT -> onderbreking DUT dan zullen de E-velden toch niet koppelen. (maar ik denk dat je die hele E-veld koppeling mag verwaarlozen tussen DUT en oppikspoelen.

Een beetje boerenverstand zegt natuurlijk ook al dat als je twee dingen weinig wilt laten koppelen, dat je dan de afstand ertussen vooral zo groot mogelijk moet maken.

De 90 graden en afstands-ontkoppeling ipv bril ontkoppeling:

Bij de bril had ik iets van 50-70 dB ontkoppeling

De nieuwe opstelling: 85 dB of beter. Ik zat namelijk tegen de ruisvloer van de VNA . Bij hogere frequenties was de ontkoppeling veel slechter en zag ik heel wat resonantie zooi. Ferrieten gebruiken gaf geen merkbaar verschil. Ik heb het niet getest men men kleinere probes maar ik denk dat de keuze van koppelspoelen best gedaan wordt naargelang je testfrequentie. Hoe kleiner , hoe beter de HF ontkoppeling maar hoe kleiner de sensitiviteit naar DUT toe. Misschien dat omtrek = golflengte/20 optimaal is voor een koppelspoel.

Omdat de ontkoppeling zo goed werkte zag ik op 90 en 100MHz geen ruivloer maar "ruizig piekje". Hoogst waarschijnlijk de FM band omdat deze er ook was zonder inkoppelspoel in DUT.

"Dubbelresonantie" is dus goed en makkelijker weg te krijgen en je krijgt betere ontkoppeling. Credits to weetvoetje .

Je zit wel gemakkelijker met assymetrie van koppelspoele naar DUT maar dat geeft niet zolang de koppelingen licht zijn.

Kom je niet al in het gebied waar je de spoelen op ongeveer 1/4 golflengte van elkaar zitten? In die regio zal de koppeling klein zijn, want als op korte afstand het grootendeels magnetisch veld is, dan is het op deze afstand juist grootendeels elektrisch. En dus pikken de spoelen het niet meer op. (maar de draden juist meer, dan wordt het weer een soort capacitieve koppeling tussen een spoel en een draad.)

Maar ik moet zeggen dat je de draden naar de spoel ook vrij ver uit elkaar hebt staan, dat is een stuk transmissielijn met een impedantie dan de 50Ohm van de BNC-kabel. Daar gaat ook een deel van het vermogen verloren. Dit kan een vrij groot deel zijn indien die lengte ook een kwart of half golflengte heeft.

kortom, er zitten nogal wat addertjes onder het gras...

[Bericht gewijzigd door (Z)weetvoetje op vrijdag 7 januari 2011 17:59:15 (12%)]

@ weetvoetje : kwart golf is 1.25m bij 50 MHz. Bij de hogere frequenties inderdaad een mogelijk probleem met afstanden en elektrische koppelingen. Daarom ook dat die koppelspoelen geen gewone koppelspoelen zijn maar H-veld probes. De draden zijn eigenlijk kleine coax kabels. Als je goed kijkt zie je dat de afscherming in het midden doorgesneden is. Ook is het geheel volledig symmetrisch en gebalanceerd en daarom zou het nagenoeg ongevoelig zijn aan E-velden (volgens mijn cursus). Mijn probes zijn dezelfde als die van Fred alleen dat ze ipv een kortsluiting , afgesloten worden op 50Ohm transmissielijn en terminatie. In mijn cursus was de afsluiting dmv 50 ohm chipweerstandje zonder stukje transmissielijn (de rechtse "draad") en is de diameter wat kleiner (30mm ipv 55mm).

Ik moet wel zeggen dat de ontkoppeling bij 1GHz nog vrij goed is (40dB) maar er is heel wat variatie tussen LF en HF.

Ik heb ook koppelspoelen met 10mm diameter en chipweerstand afsluiting. Ik zal die eens testen op HF ontkoppeling dmv 90 graden draaien en hou jou op de hoogte

Volgende metingen zijn zonder DUT.
90 graden Ontkoppeling met grote (56mm) H-probes:

Idem maar met kleine (7mm) H-probes :

VNA curve voor de grote:

En voor de kleine:

Beide probes ontkoppelen (> 70dB)heel goed bij lagere frequenties (<100 MHz). Bij 1.3GHZ is de ontkoppeling nog 'maar' 30 dB voor zowel groot als klein. De kleine probes staan wel relatief gezien iets dichter. Vrij raar is dat je geen continue curve krijgt bij de grote probes. Bij de kleinere komt dat niet tot uiting omdat de ruisvloer waarschijnlijk de zaken verbergt en/of de frequentie t.ov. afmetingen kleiner is

Dat is niet raar, dat zijn waarschijnlijk zelfresonanties. Maak eens in die opstelling een S11 over zo' n sweep.

Bedant Fred, zal ik binnenkort eens meten. Ik heb ook al eens ferriet baluns op een paar plaatsen proberen te zetten, om eventuele common mode antennestromen tegen te gaan maar dat was zonder resultaat.Dit zijn de metingen van probes bij doorkoppeling

Opstelling, groot

Opstelling,klein

plot,groot

plot,klein

Nu is die zooi er niet..

Waarschijnlijk heeft weetvoetje gelijk dat het iets is met E-veld koppeling tussen de probes. Maar ik wil zekerheid en zo ja daar iets proberen tegen doen zodat ik men DUTs netter kan meten bij hoge frequenties met men grote probes

Stel jezelf eerst de vraag of het echt nodig is om bij die hoge frequenties nog te meten. Want dat is namelijk wel weer een stuk lastiger goed te maken.

Waar de koppeling bij de hoge frequenties precies vandaan komt is moeilijk te zeggen, maar het zou best van het E-veld kunnen komen. Kun je deze koppeling niet wegkrijgen door de probes nog een beetje te draaien?
Hoe zit het eigenlijk aan de 'achterkant' van de probe aangesloten? Ik weet niet hoe degelijk de aarding is aangesloten enzo. De buitenmantel kan ook prima als antenne gaan werken op hogere frequenties.

Die storing op lage frequenties:

Ik kan me twee dingen voorstellen:
1. het zijn radiozenders die je ontvangt.
2. het zijn resonanties. (in bijv. de kabels)

Offtopic.. sorry, moet de vraag echt stellen :$

Fred.. welke linux software gebruik jij daar?

Die VNA van mij draait helaas niet onder Linux maar onder Windhoos 7. Dat komt blijkbaar doordat de software vrij direct tegen de hardware praat. Er zitten speciale drivers en Dll' s bij. Ik heb het onder wine op Ubuntu en in een VM geprobeerd.

ik bedoel in deze post:
http://www.circuitsonline.net/forum/view/message/1200055#1200055
dat is toch echt wel een ubuntu venster wat ik daar zie

OK, dat is Qucs. Dat kun je gewoon downloaden via synaptics. Werkt super.