Impedansbrygga (Return Loss Bridge)

[Ronny]

Jag behöver en enklare utrustning för att mäta på komplexa laster i 50Ω-system inom frekvensområdet 1-50 MHz.
Nästa projekt får därför bli en impedansbrygga. Användbart instrument och relativt enkelt att bygga.
Kommer att bygga det hela på experimentkort.
Maximal effekt från signalgeneratorn in till bryggan kommer att vara +20 dBm.

[Ronny]

Bilder på impedansbryggan.

[sp4m]

Mycket snyggt bygge! Jag är dock inte helt med på vad det är för något. Vad är det för detector som skall kopplas in?

[4kTRB]

Varför är trafon inte prickmärkt?
Spelar lindningsriktningen ingen roll för resultatet?

[JimmyAndersson]

Om man inte vill ha en fasvänd utsignal så behöver man bara se till så att man kopplar in de båda lindningarna likadant.

Ronny:
Användbar liten pryl! Rent och snyggt byggt.
Kul med ytmonterat på experimentkort. Passar ju perfekt!

[xxargs]

lindningarna i trafon fungerar som balun eller commonmode-trafo på samma sätt som avstörningstrafon på ingången till en switchad aggregat, fast här över _mycket_ större frekvensområde - att vända lindningarna ger inte önskad effekt i kopplingen utan sabbar den.

tittar man kopplingarna i en Nätverksanalysator för en halv miljon kronor så ser det inte så mycket annorlunda ut där mer än att tjockfilmsmotstånden är formade ungefär som symbolen för en Diod och lasertrimmade för att ge samma värde över instrumentet hela tänkta frekvensområde (det är det här som kostar pengar i instrumentet och ger dess grundnogranhet - att byta en sådan pga att man bränt den och få den inkalibrerad kostar minst 40000:-, om det är instrument som går till 28 GHz - väldigt mycket mer...). Balunen bruka består av dubbla lager ferritringar med olika material så att man får hård koppling från några kHz till många GHz.

[Ronny]

4kTRB: Transformatorn (TC1-1T+) finns inte som färdig komponent i mitt CAD-program. Jag tog därför en annan transformator
med mittuttag och ändrade pinnumreringen och nöjde mig med detta. Pinnumreringen tillsammans med modellbeteckning och
tillverkare ger all nödvändig information. Om jag inte hade använt en färdigköpt transformator utan tillverkat en egen 1:1 balun
av toroidkärna och bifilära lindningar hade jag ritat in markeringar för detta i komponentsymbolen.

sp4m: Mycket förenklat kan man säga att impedansbryggan kan användas för att mäta hur väl den okända impedansen Zx
är anpassad till ett 50Ω-system (i mitt fall). Om man antar att impedansbryggan är ideal och att signalgeneratorn och
detektorn är ideala 50Ω-källor/laster kommer bryggan vara i perfekt balans om man ansluter en Zx som är 50Ω resistiv.
Detektorn som kan vara en effektmeter kommer då visa 0.

För passiva Zx finns två ytterlighetsfall:

1) Zx = 0 (SHORT, kortslutning)
2) Zx = "ingen anslutning" (OPEN)

Om Zx avviker från 50Ω kommer bryggan mer eller mindre i obalans och detektorn (effektmetern) visar denna obalans.

Om ett filter (konstruerat för 50Ω impedans) ansluts till kontakten X2 och man terminerar filtrets utgång i 50Ω kan
impedansbryggan användas för att studera filtrets ingångsanpassning. Ingångsanpassningen ger ytterligare information
om hur filtret fungerar utöver det man får fram genom att enbart mäta filtrets överföringsfunktion.

Ett annat fall kan vara då man vill trimma eller mäta på en antenn. Då finns enbart 1 port att koppla in mätinstrument
till (via kablage) och då är en sådan här brygga mycket användbar.

Jag kommer med den här enkla impedansbryggan enbart vara intresserad av magnituden på detektorsignalen.
I mer avancerad användning kan man mäta magnitud i kombination med fasläge och få fram komplex reflektionsfaktor och
utifrån denna räkna ut motsvarande Zx.

Jag kommer att använda en logaritmisk förstärkare som detektor. Har byggt en sådan sedan tidigare då jag experimenterad
med kristallfilter.

[Ronny]

Här är några bilder på detektorn jag tänker använda tillsammans med impedansbryggan.

Om insignalen till detektorn är en kontinuerlig signal kommer utsignalen från detektorn att vara en DC-nivå med lutningen 25 mV/dB i förhållande till insignalens effektnivå.
Om detektorutgången kopplas till ett oscilloskop motsvarar det 8 dB/DIV i y-led om oscilloskopet är inställt på 200 mV/DIV.

[Ronny]

Detektorkortet byggdes ursprungligen för att kunna mäta på kristallfilter inom frekvensområdet 12-12.5 MHz.
Nöjde mig därför med ett enkelt byggsätt på ett experimentkort.
Blev lite nyfiken på hur detektorkortet fungerar vid högre (sinusformade) signalfrekvenser och har därför gjort en hel del mätningar.
Ineffekten till detektorkortet varierades från +10 dBm till -70 dBm i steg om 5 dB för signalfrekvenserna 1 MHz, 20 MHz, 50 MHz, 100 MHz, 200 MHz och 500 MHz.

Större bild


Utsignalen från detektorkortet är en DC-nivå med typiska lutningen 25 mV/dB (databladet) i förhållande till insignalens effektnivå.
I mina mätningar varierar jag ineffekten i steg om 5 dB vilket motsvarar typiskt 125 mV/steg för detektorns utsignal.
Diagrammet nedan visar uppmätt spänningsskillnad mellan två närliggande 5 dB-steg.

Större bild

[mindbraker20]

Hej!

Om jag inte läser av diagrammet fel så verkar mätningarna komma ut bra förutom vid den högsta mätningen!

Mycket rent och fint bygge! Tror nog att jag själv hade kladdat ner lite mer med löddtenn, här och där!

MVH, Ted

[Ronny]

Passade på att bygga ytterligare ett exemplar av detektorkortet.
Min tanke är att senare bygga in impedansbyggan och 2 st. detektorkort i samma låda.

[Ronny]

Det blev bara ett detektorkort i lådan.

[MiSTer]

Jobbar du Ericsson eller?

Känner igen trafon och förstärkaren de återfinns på väldigt måga produkter...
Kablarna ser ut att vara från "standardsortimentet" - bygger du en teststation?

[Ronny]

Det är bra kretsar och de är därför populära i många sammanhang.
AD8307AN har jag samplat från Analog Devices. Transformatorn bortlödd från något radiokort.

I övrigt är det mesta auktionsfynd. Lådan har ursprungligen innehållit en "Digital Video Transmitter" och jag
köpte den enbart för att användas till just en inbyggnadslåda för denna impedansbrygga.

De längre koaxialkablagen har suttit i en Nokia radiobasstation (tillverkningsår 1985-1990) och är också auktionsfynd.
Övriga SMA-kontaktdon och adaptrar är bortmonterade från diverse inköpta radioprylar.

Jag har tillverkat ett enklare "SMA cal-kit" för mina mätningar. Från vänster till höger i bilderna: OPEN, SHORT, LOAD