Experiment med VNA

Berätta om dina pågående projekt.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

Tänkte testa min SAA-2N lite mer och börjar med att bygga en skärmbox.
Ska inte labba med så extremt höga frekvenser ännu i vilket fall så jag tror det
duger bra med en box tillverkad av enkelsidigt laminat. Locket får egentligen
endast bra kontakt med hörnen där skruvarna dras åt mot de fastlödda mässingdistanserna.
Använde lödpenna för skarvarna och testade även en DREMEL med hetluftsmunstycke vilket visade sig bra
för att löda fast distanserna.
Jag bör ha några polskruvar också för spänningsmatning.
Genomföringskondensatorer har jag inga men det kanske vore att föredra?
SB_000.jpg
SB_001.jpg
SB_002.jpg
SB_003.jpg
SB_004.jpg
SB_005.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

Jag ska testa att mäta upp några induktorer, både färdigköpta och egenlindade.

Börjar med en 22uH jag hittade i komponentlådan, märkt röd röd svart.
Jag har kikat på youtube för lite tips först.
Kalibreringen har gjorts med 50 ohm.

Om jag ställer markören på 50 ohm 90 grader i smithdiagrammet så får jag att serieresistansen är 4.445 ohm och L = 21.7uH

Om jag sedan tänker mig att jag ska använda den här induktorn vid en arbetsfrekvens runt 3750kHz till exempel så
ändrar jag svepet runt den frekvensen och studerar resultatet.
Nu fås att L = 22.6 uH och serieresistansen är -49.22 ohm om jag tolkar det hela korrekt.
Mäter jag reaktansen så blir den 533.1 ohm, XL = 2*pi*f*L, och det verkar stämma bra.
Om jag nu dividerar XL med serieresistansen, antar jag måste ha absolutvärdet på serieresistansen, 533.1/49.22 = 10.8 så är detta induktorns Q-värde vid 3.75MHz (den gröna kurvan).
Q-värdet är alltså inte så imponerande högt, beroende givetvis på vad induktorn ska användas till.
22uH_Test_000.jpg
22uH_Test_001.jpg
22uH_Test_002.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

Mäter upp en hemmagjord luftlindad spole på plaströr
som jag tidigare mätt upp med någon gammal brygga typ Siemens
eller något i den stilen och märkt med 4uH.

3.96uH vid 50 ohm reaktans säger VNA.
Q-värdet blir runt 45 vid 2MHz.

Sedan sveper jag upp till runt 20MHz och där är självresonans, Q = 0 i princip.

Vid 3750kHz har Q ökat till 89 och reaktansen ligger på 97 ohm, det här är
en lämplig spole att använda i ett bygge runt 80m-bandet. Man brukar vilja
ha reaktansen mellan 50 och 200 ohm och gärna ett bra Q-värde.
4uH_Test_000.jpg
4uH_Test_001.jpg
4uH_Test_002.jpg
4uH_Test_003.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

Testar en kondensator som jag räknade med har runt 100 ohm i reaktans vid 3750kHz och det stämmer riktigt bra.
Den verkar bete sig bra vid 3750kHz och ska i nästa steg parallellkoppla den med 4uH spolen ovan.
Eftersom de har ungefär samma reaktans vid 3750kHz bör resonansfrekvensen bli ungefär densamma.
470pF_Test_000.jpg
470pF_Test_001.jpg
470pF_Test_002.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

Och så i resonans....
vid 3870kHz med en impedans på drygt 1500ohm.
Med uppmätta värden på C och L vid ungefär 3750kHz fås... f = 1/2/pi/sqrt(4.116uHx417.8pF) = 3838kHz

Kan det vara så att om jag multiplicerar L och C:s Q-värden fås impedansen vid resonans ? eller är det bara en slump?
16.5x88.9 = 1467
4uH_470pTest_000.jpg
4uH_470pTest_001.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

Räknade på det där med att produkten av QL och QC skulle kunna tänkas bli impedansen (absolutbeloppet) vid resonans.

QL = XL / Rs

QC = XC / ESR

XL x XC = j97.11 x (-j101.6) = 9866 ohm

Rs = j97.11 / 88.9 = j1.092

ESR = -j101.6 / 16.5 = -j6.16

Rs x ESR = j1.092 x (-j6.16) = -j^2 x 6.729 = 6.729

QL x QC = 9866 / 6.729 = 1466

Reaktansernas produkt blir resistiv och både ESR och Rs är resistanser så det kan eventuellt stämma.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

Testade att linda en toroid jag hittade i lådan.
Enligt data ska den ha ett AL på 55nH vilket ger N = sqrt(1700/55) = 5.5 varv för en 1.7uH spole.
Lindade 6.5 varv och det blev 1.72uH vid 3500kHz och Q-värde på 150.
Tänkte försöka mig på att använda den i en LC-bandpass-applikation mellan 3500kHz till 4000kHz.
Bandbredden kommer öka vid 4000kHz då Q-värdet sjunker till 88 där.

0.251 ohm serieresistans ger en ekvivalent parallellresistans, Rp, på (150^2 +1)*0.251 = 5648 ohm vilket ger att resonanskretsen kommer
belastas med 2824 ohm om jag anpassar generatorns resistans till 5648 ohm. Resonanskretsens Loaded Q kommer då bli Q = Rp/XL = 2824/38 = 74 och bandbredden (-3dB)
bli 3500/74 = 47kHz

Vid 4000kHz mäts serieresistansen till 0.489 ohm och Q=88 vilket ger ett Rp = 3787
3787//5648 = 2267 ohm och Loaded Q = 2267/43 = 53
Bandbredd = 4000/53 = 75 kHz

Materialet 4C65 i toroiden är inte det bästa om man önskar en resonanskrets med högre Q-värde.
Kollade i databladet till Fair-Rite och deras material 67 och 68 vilket ska kunna ge bättre Q-värden eventuellt och som passar för frekvensen.
https://www.mouser.se/datasheet/2/150/F ... 729485.pdf

Upptäckte att när jag plåtade påsen kom streckodssymbol upp i min MOTO, och jo där fanns att läsa numret under streckoden! :)
ToroidSpole_SAA2N_000.jpg
ToroidSpole_SAA2N_001.jpg
ToroidSpole_SAA2N_002.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

2.5 varv på en FT-50A-43 med AL=480nH
Mäter 3.23uH vid 3500kHz

N = sqrt(3230/480) = 2.6 varv så det stämmer bra.

Q-värdet är inte så speciellt bra, 1.8

Om den här får ingå i en resonanskrets matad med en generatorresistans på 168 ohm
så fås

Rserie = 39.6 ohm
Rp = (Q^2+1)*Rserie = 168 ohm

168 // 168 = 84 ohm

84 ohm som belastar LC-kretsen (3,23uH // 640pF)

Qresonans = Rp/XL = 84 / (2*pi*3.5MHz*3.23uH) = 1.18

och -3dB bandbredden blir BW = 3500 / 1.18 = 2.97kHz

Tror den här toroiden passar bra för bredbandiga applikationer!
FT-50A-43.jpg
FT-50A-43_VNA.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

Samma antal varv men med tjockare tråd för 4C65-kärnan.

Resultatet blev lite överraskande, antingen blir det så eller
så är någon av mätningarna inte korrekt utförd.

1.81uH med Rserie = 0.776ohm och QL = 51.3 @ 3500kHz

Rp = (51.3^2 + 1) * 0.776 = 2043ohm

Väljer jag Rgenerator = 2043ohm så belastas resonanskretsen med 1021.5ohm

Qresonans = Rbelastning / XL = 1021.5 / 2 / pi / 3500000 / 1.81uH = 25.8

Bandbredden blir 3500 / 25.8 = 136kHz

Vid 4000kHz har QL sjunkit till 34.8 och Rserie = 1.3 ohm
L har också sjunkit fast marginellt till 1.80uH

Rp = (34.8^2 + 1) * 1.3 =1576ohm

Rgenerator // Rp = 1 / (1 / 2043 + 1 / 1576) = 890ohm

Qresonans = 890 / 2 / pi / 4000000 / 1.80uH = 19.7

Bandbredden blir 4000 / 19.7 = 203kHz

Ska testa att linda med den tunna tråden en gång till och se om det kan ha blivit något galet i första mätningen.
1.81uH_000.jpg
1.81uH_001.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

Viktigt verkar vara att mata med samma effekt på signalen och att ha samma kalibrering.
Nu ser det mycket bättre ut trots att jag hade förväntat mig bättre QL med den grövre tråden
men det kanske inte blir så förrens vid högre frekvenser. Tjockare tråd ger väl mer kapacitans eventuellt.

Inga stora skillnader hur som helst men stor skillnad mot första mätningen på den tunna tråden.
Tar ett tag att vänja sig med nya instrument!
1.8uH_TunnT_000.jpg
1.8uH_TunnT_001.jpg
1.8uH_TunnT_002.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
YD1150
Inlägg: 1944
Blev medlem: 29 oktober 2010, 22:41:10

Re: Experiment med VNA

Inlägg av YD1150 »

Om du kan så testa med en järnpulverkärna typ T50-2 från Amidon så blir det nog bättre värden på resonanskretsarna. Det går givetvis åt ett antal extra varv då ferrit och järnpulverkärnor har olika AL-värden.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

Vad jag läst mig till så kan järnpulverkärna vara fördelaktigt för högre Q-värde
vid högre frekvenser på grund av lägre förluster i materialet. Nu är 4MHz inte speciellt
hög frekvens. Fördelen med ferrit är att det oftast krävs mindre med tråd vilket
minskar både resistans och kapacitansen mellan varven. Det går då även att välja en
mindre toroid.

Om man jämför en järn-T37-toroid med material #1 med en ferrit-T37 med material 61
så fås 6 varv 2uH vid 4MHz med T37-61 och 16 varv med en T37-1
http://toroids.info/T37-1.php

De material som Amidon rekommenderar för 3MHz-4MHz är #1-Blå, #2-Röd och #6-Gul
samma gäller för Micrometals.

Det hade varit kul att ha en stor låda med diverse material och experimentera och mäta på. :)
E Kafeman
Inlägg: 3260
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Experiment med VNA

Inlägg av E Kafeman »

Vad gäller att mäta på objekt i mindre skärmbox på typ en liters volym så finns färdiga sådana att köpa men kostar vanligen från 10.000 kr och uppåt.
Då ingår visserligen RF-täta gångjärn, tätningpackningar och lock med snabblåsning men det går få lika bra resultat för en bråkdel av den kostnaden.
Då jag är RF-skadad så håller man alltid ögonen uppe för vad som kan vara användbart för RF-sammanhang även när man handlar på apoteket eller i mataffären.
Vad gäller just små skärmboxar och med tanke på att jag vill ha god funktion och mätrepterbarhet även uppåt 10 GHz så ska boxen vara mycket tät. Inte ens en millimeterlång glipa tillåts i locket.
Helst vill man undvika skarpa inre hörn och använda sej av metallväggar som inte oxiderar. Koppar-PCB går därför bort. På högre frekvenser så kan oxiden ge lådans väggar varierande reflektion.
Nu duger säkert din låda vad gäller materialet men tätningegenskaperna med en skruv i vart hörn fungerar i stort nästan sämre än att lägga ett löst lock ovanpå då det blir långa slitsar som skapar resonanta slitsantenner vilket påverkar lådan med läckage och inre dämpningsegenskaper.

Vad har jag då som är bättre? Tro det eller ej men jag använder mej bland annat av plåtburk man får gratis när man köper 1 kg Prickens pepparkakor. Kräver lite modifiering men då den är rund-symmetrisk så är den bra då det minskar antalet frekvenser med stående noder. Det är alltså reflektioner som uppstår när vågor studsar mellan vägarna på grund av signalen som läckt från VNA.
För större mätobjekt köpte jag en 5 liter tom målarburk på färgaffären. Där blev ja lite lurad då burken inte var tom som utlovat. Den var invändigt målad med ett epoxy-lager som krävde en del slit med roterande stålborste för att få väck målade väggar stör mätningarna.

En burk lite snarlik din som jag använder är denna skärmbox: https://www.elfa.se/en/zinc-die-cast-en ... p/15000252
Den har försetts med fyra SMA-kontakter för att kunna föra in signal, föra ut den, styrsignal och DC-matning. Vill jag lågpassfiltrera gör jag det via SMA-filter som jag vet fungerar även uppåt 10 GHz. Det är då en egen liten skärmbox med SMA in och SMA ut.
Skärmboxen är försedd med hård gles skumplast, en cm bottenlager, för att man ska kunna placera saker upprepat på samma höjd utan att riskera beröra lådans väggar. Plasten har kollats så den inte absorberar störande mängder RF. Ibland vill man ha låder som är maximalt dämpande, för att döda ut reflexer så fort som möjligt men oftast vill man ha total invändig reflektion, dvs inget absorberande material.

Skruvarna är av typ snabbskruvar nedkapade så att man bara behöver skruva 3-4 varv. https://www.aliexpress.com/item/1005005433138517.html

Men som skärmbox vid 10 GHz duger den inte alls, allt för skev i både låda och lock och duger knappt vid 5 MHz. Det går lösa på flera sätt. Jag har försökt planslipa och sedan valde jag att klistra på avlödningsfläta utefter lockkanten som packning. Hade jag haft tid skulle det vara bättre att fräsa spår och förse en tunn silikonslang med skärmstrumpa som man knyckt från en bit koaxkabel.

Men när jag ska precisionsmäta på högre frekvenser så använder jag mej ofta av en låda som jag hittade på ClaesOhlsson och som med en mindre modifiering fungerar är mätmässigt bra samtidigt som den är snabb och lätt att öppna och stänga och ger ett mycket RF-tätt lock. Lika smidig som box för 10.000 kr.

Det är denna boxen: https://www.clasohlson.com/se/Matl%C3%A ... /p/44-4171
I locket finns ett spår där det ligger en tjock silikonpackning. Packningen är bara ditklämd och lätt att ta bort. Ersätt packningen med denna packning: https://www.aliexpress.com/item/1005002709971380.html
Skär så att silverväven ligger med överlapp i slutänden för bästa täthet. Värm den i varmvatten och massera lite för att få den till att lägga sej snyggt i böjar.
Denna låda har rundade innerhörn och fungerar mycket bra vid mina mätningar.
När man mäter så behöver man ibland när man trimmar på saker öppna lådan oändligt många ggr och då är det bra att locket är lätt att öppna med sina snäppvingar utan att man sliter ut gängor osv.

Jag använder enbart två sorters SMA till mina lådor. Dubbelhonor av denna typen: https://www.aliexpress.com/item/1005003068988878.html och vid behov byts dessa tillfälligt till 5 cm långa pigtails med chassikontakt, något i denna stilen: https://www.aliexpress.com/item/1005005561199344.html
Dessa med kabel används när man har ett mätobjekt i lådan som redan har anslutningar för ufl/SMA/MCX.

Dubbelhonorna har jag kompletterat med vanlig pigtails att använda i lådan för att löda in mej på kretskort eller om man vill göra som du provat nu, mäta på komponenter så kan man löda dessa på en SMA hanne av denna typen: https://www.aliexpress.com/item/1005003803735398.html

Varför gör man nu så att man skapar en extra övergång inuti lådan? Jo för att det är så mycket enklare att kalibrera nätverkaren.
Det finns inget som duger att man bara vrider Smith-markören till kl3 om man ska mäta åtminstone så mycket att det är att kalla för RF.
Minsta och enklaste kalibreringen är SOL, Short Open Load. Troligtvis har du fått ett enklare kalibreringskit till nätverkaren bestående av tre sådana SMA-kontakter. För att kalibrera mätrtpunkten som i detta fallet är en i skärmboxen invändig SMA-hona passar det nu med ditt kalibreringskitt.

och därefter justerar man vid behov för korrekt port forwarding. Rent praktisk brukar jag ta en skalpell och kortsluta mellan punkterna för som i ditt fall där själva komponenten börjar och slutar och sedan sätta korrekt tidsfördröjning.

I videon visade metod varierar med olika program men funktionen för kalibrering och därefter sätt rätt timing finns i de flesta program.

Hur som, det är absolut en god investering i att köpa en matlåda från ClaesO och denna rekommenderar jag som en billig hjälp samt att den innehåller en usel men bättre än ingen kalibrering av mätpunkt som slutat i en ufl: https://www.aliexpress.com/item/1005004851901927.html
Den innehåller även några filter så att man kan kolla om nätverkaren beter sej som väntat.

Kalibrering behövs ibland halvvägs in på ett kretskortsmönster t.ex. när man vill impedansmatcha mellan två OP med kanske ett filter emellan och då används samma metod som visas i videon, med en kniv över aktuella mätpunkten. Kniven ger lättare bra kontakttryck och låga reaktiva förluster som annars kommer med i mätresultatet som mätfel. Nu är det inte så noga vid 4 MHz men ska man mäta vid 4 GHz är det bra att ha vanan inne att kunna ställa in instrument och kalibrera bort mätpunktens inverkan från det man vill mäta om man alls ska få ett användbart resultat.

Ett mättips, något som brukar fascinera vid de frekvenser du nu mäter är att mäta på lågfrekventa kristaller.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18402
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Experiment med VNA

Inlägg av 4kTRB »

Behövs ingen skärmbox för att mäta de här toroidspolarna. Mer att det är praktiskt.
E Kafeman
Inlägg: 3260
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Experiment med VNA

Inlägg av E Kafeman »

Du kan väl inte stanna i stadiet att bara kunna mäta spolar inom ett begränsat område av reaktans och frekvens med sämre noggrannhet än vad instrumenten har möjlighet till?
Det praktiska är att du enklare kan använda instrumentet på ett korrekt sätt som fungerar även när du vill mäta dina spolar på högre frekvenser liksom att kunna mäta på radiokretsar och antenner som ryms i lådan på kontrollerat sätt som du gör rätt från början.
Förr eller senare kommer du kanske vilja kunna mäta på ett sätt så att du får användning av en fungerande skärmbox och då är det bra att ha med dej erfarenhet hur man gör korrekt mätuppställning även i en box. Se och lyssna på de som använder VNA yrkesmässigt varför man hellre använder SMA-kontakter än N-kontakter för kontakter man alls lossar vid mätningar vid radiofrekventa mätningar med VNA.
SMA är bra budgetval så länge vi håller oss under 10 GHz. För högre frekvenser är andra kontakttyper att föredra. Visserligen är somliga SMA-kontakter specade till 18GHz och fungerar hyggligt men ur mätsynpunkt är precisionen för låg när man går över 10 GHz.

Att sätta ihop en skärmbox värd namnet på ett simpelt sätt är både billigt och enkelt om du följer mina råd och det kommer öka mätmöjligheterna för din VNA betydligt.

Kolla om du kan ladda hem mjukvaran som Joe Smith satt ihop som bl.a. innehåller funktioner för bättre mätning på smalbandiga filter och kristaller, även på dina nuvarande låga frekvenser.
Han har gjort en nybörjarintro för NanoVNA som är rätt ok och värd att se om man vill lära sej börja mäta med NanoVNA:
Skriv svar