реклама на сайте
подробности

 
 
4 страниц V   1 2 3 > »   
Reply to this topicStart new topic
> Измерение рассчитанных плат с мостами Вилкинсона на VNA, Измерение на VNA произвольных импедансов с минимальным отражением
Stefan1
сообщение May 4 2017, 13:04
Сообщение #1


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 368
Регистрация: 7-04-11
Из: Москва
Пользователь №: 64 187



Добрый день. Помогите пожалуйста с проблемой:
Необходимо сравнить расчет моста Вилкинсона в Microwave office (рис. ниже) с реальным измерением данных расчитанных плат на анализаторе цепей. Необходимо измерить |S23|, |S21| и |S31|. Мост используется для сложения двух мощных транзисторов в S-диапазоне частот. Но возникает проблема: VNA измеряет с 50-ти омными портами, а мне нужно подставлять в порты 2 и 3 импеданс транзистора (например, Z=1-j4). Есть идея использовать для этого калибровочные наборы, трансформирующие 50 ом в необходимый импеданс и затем производить TRL калибровку всей оснастки включаяэти наборы, но уж больно это сложно.
Кто-нибудь сталкивался с такой проблемой?
Или же вопрос можно переформулировать: как измерять на VNA произвольные импедансы (порядка Z=1-j4) с минимальным отражением?

Прикрепленное изображение


Сообщение отредактировал Stefan1 - May 4 2017, 13:24
Go to the top of the page
 
+Quote Post
k0l0bun
сообщение May 4 2017, 13:28
Сообщение #2


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 135
Регистрация: 5-10-12
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 73 813



мб сделать расчет для 50-Ом портов и сравнить с экспериментом?
ну, для начала, к примеру
(имеется ввиду, заменить в AWR порты на 50-Ом и с этим сравнивать измерение)
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Stefan1
сообщение May 4 2017, 13:34
Сообщение #3


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 368
Регистрация: 7-04-11
Из: Москва
Пользователь №: 64 187



Цитата(k0l0bun @ May 4 2017, 16:28) *
мб сделать расчет для 50-Ом портов и сравнить с экспериментом?
ну, для начала, к примеру
(имеется ввиду, заменить в AWR порты на 50-Ом и с этим сравнивать измерение)

КСВ получается около 20. Будет большая погрешность при измерении на VNA. Кроме того нет уверенности, что настройка мостов в ходе измерения на VNA с 50-ю омами будет адекватна с реальными импедансами.

Сообщение отредактировал Stefan1 - May 4 2017, 13:36
Go to the top of the page
 
+Quote Post
nljobs
сообщение May 5 2017, 08:51
Сообщение #4


Участник
*

Группа: Участник
Сообщений: 23
Регистрация: 10-05-15
Из: SPb
Пользователь №: 86 609



Цитата(Stefan1 @ May 4 2017, 15:04) *
Или же вопрос можно переформулировать: как измерять на VNA произвольные импедансы (порядка Z=1-j4) с минимальным отражением?

Прикрепленное изображение


Что же тогда получается, что VNA измеряет только импеданс 50 Ом??? sm.gif))

смотрите в сторону сдвига референсных плоскостей при измерении,
т.е. вам нужно добраться вашим калиброванным VNA до того места в топологии где подсоединяется транзистор
Go to the top of the page
 
+Quote Post
k0l0bun
сообщение May 5 2017, 09:27
Сообщение #5


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 135
Регистрация: 5-10-12
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 73 813



Цитата(k0l0bun @ May 4 2017, 16:28) *
мб сделать расчет для 50-Ом портов и сравнить с экспериментом?

так а если просто сделать ре-нормализацию измеренных S-параметров на ваши 1-j4?

Цитата(k0l0bun @ May 5 2017, 12:14) *
так а если просто сделать ре-нормализацию измеренных S-параметров на ваши 1-j4?

Посмотрел на VNA Rohde & Schwarz - можно вручную задать произвольное значение reference impedance в настройках порта
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Stefan1
сообщение May 5 2017, 15:18
Сообщение #6


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 368
Регистрация: 7-04-11
Из: Москва
Пользователь №: 64 187



Цитата(nljobs @ May 5 2017, 11:51) *
смотрите в сторону сдвига референсных плоскостей при измерении,
т.е. вам нужно добраться вашим калиброванным VNA до того места в топологии где подсоединяется транзистор

Там же не 50-ти омная линия, как это - "добраться до места в топологии"?
Цитата(k0l0bun @ May 5 2017, 12:27) *
так а если просто сделать ре-нормализацию измеренных S-параметров на ваши 1-j4?
Посмотрел на VNA Rohde & Schwarz - можно вручную задать произвольное значение reference impedance в настройках порта

Не то получится. Видимо в данном случае надо изготавливать переходные платы, трансформирующие 50 ом в импеданс транзистора, калибровать их и мерить в сечении транзистора. Но здесь также от погрешностей не уйти...
Go to the top of the page
 
+Quote Post
MePavel
сообщение May 5 2017, 16:02
Сообщение #7


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 163
Регистрация: 11-11-13
Из: Воронеж
Пользователь №: 79 150



Цитата(Stefan1 @ May 4 2017, 16:04) *
Необходимо сравнить расчет моста Вилкинсона в Microwave office (рис. ниже) с реальным измерением данных расчитанных плат на анализаторе цепей. Необходимо измерить |S23|, |S21| и |S31|.

Думаю, что модули параметров |S23|, |S21| и |S31| практически не очень полезная информация. Почему бы не измерить полную матрицу S-параметров всего 3-х портового устройства (шестиполюсника)?
Если нужно совсем просто, то можно "отрезать" кусок платы с широкими микрополосками под выводами транзистора. Тогда останутся довольно узкие микрополоски, к которым можно без труда подключиться коаксиально-полосковыми переходами (последние исключаются из измерений). На частотах S-диапазона точность будет вполне приличной.
Модель широких микрополосков можно посчитать и в MWO, например, и добавить в общую схему.
Цитата(Stefan1 @ May 4 2017, 16:04) *
Или же вопрос можно переформулировать: как измерять на VNA произвольные импедансы (порядка Z=1-j4) с минимальным отражением?

С помощью специального микрополоскового щупа (щупов) или делать TRL калибровку с помощью второй соответствующей платы.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Stefan1
сообщение May 5 2017, 16:28
Сообщение #8


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 368
Регистрация: 7-04-11
Из: Москва
Пользователь №: 64 187



Цитата(MePavel @ May 5 2017, 19:02) *
Думаю, что модули параметров |S23|, |S21| и |S31| практически не очень полезная информация. Почему бы не измерить полную матрицу S-параметров всего 3-х портового устройства (шестиполюсника)?

Рассчитать в смысле? Ну с |S11| понятно, а зачем нужны |S22| и |S33|, если есть |S21| и |S31|? Задаем оптимизацию, чтобы |S21| и |S31| были равны -3 дБ и все само собой получится. Или я ошибаюсь?
Цитата(MePavel @ May 5 2017, 19:02) *
Если нужно совсем просто, то можно "отрезать" кусок платы с широкими микрополосками под выводами транзистора. Тогда останутся довольно узкие микрополоски, к которым можно без труда подключиться коаксиально-полосковыми переходами (последние исключаются из измерений). На частотах S-диапазона точность будет вполне приличной.
Модель широких микрополосков можно посчитать и в MWO, например, и добавить в общую схему.

Имеете ввиду измерить таким образом реальный мост, а затем подставить его S-параметры в расчет?
Цитата(MePavel @ May 5 2017, 19:02) *
С помощью специального микрополоскового щупа (щупов) или делать TRL калибровку с помощью второй соответствующей платы.

А под щупом Вы что имеете ввиду? Что-то типа экспоненциально расширяющегося полоска + линия с определенным волновым сопротивлением?
С калибровкой с помощью второй соответствующей платы - попробую.
Спасибо за дельные советы.

Сообщение отредактировал Stefan1 - May 5 2017, 16:43
Go to the top of the page
 
+Quote Post
MePavel
сообщение May 5 2017, 16:53
Сообщение #9


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 163
Регистрация: 11-11-13
Из: Воронеж
Пользователь №: 79 150



Цитата(Stefan1 @ May 5 2017, 19:28) *
Рассчитать в смысле? Ну с |S11| понятно, а зачем нужны |S22| и |S33|, если есть |S21| и |S31|? Задаем оптимизацию, чтобы |S21| и |S31| были равны -3 дБ и все само собой получится. Или я ошибаюсь?

Не очень понял причём здесь оптимизация. Вроде как изначально Вы хотели измерить с помощью VNA мост Вилкинсона. Но на Вашей плате кроме него ещё и согласующие цепи под СВЧ транзистор. По-моему, логично лишнее физически отрезать (коль так важна точность измерений).
Кроме того, судя по топологии платы, не очень похоже, что мост по всем портам идеально 50-омный. Поэтому оптимизация по |S21| и |S31| на -3 дБ непонятно чего может дать (если вообще что-то даст, т.к. в устройстве всегда существуют потери и рассогласование). Да и если следовать Вашему подходу, то достаточно оптимизировать на -3 дБ только один из параметров |S21| и |S31|, т.к. мост симметричный.

Цитата(Stefan1 @ May 5 2017, 19:28) *
Имеете ввиду измерить таким образом реальный мост, а затем подставить его S-параметры в расчет?

Да. В т.ч. с помощью симулятора (или теории цепей) полно оценить все характеристики моста.

Цитата(Stefan1 @ May 5 2017, 19:28) *
А под щупом Вы что имеете ввиду?

Трансформирующий коаксиально-полосковый переход, у которого (в идеале) ширина полоска совпадает с шириной вывода транзистора.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Stefan1
сообщение May 5 2017, 17:10
Сообщение #10


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 368
Регистрация: 7-04-11
Из: Москва
Пользователь №: 64 187



Цитата(MePavel @ May 5 2017, 19:53) *
Не очень понял причём здесь оптимизация. Вроде как изначально Вы хотели измерить с помощью VNA мост Вилкинсона. Но на Вашей плате кроме него ещё и согласующие цепи под СВЧ транзистор. По-моему, логично лишнее физически отрезать (коль так важна точность измерений).
Кроме того, судя по топологии платы, не очень похоже, что мост по всем портам идеально 50-омный. Поэтому оптимизация по |S21| и |S31| на -3 дБ непонятно чего может дать (если вообще что-то даст, т.к. в устройстве всегда существуют потери и рассогласование). Да и если следовать Вашему подходу, то достаточно оптимизировать на -3 дБ только один из параметров |S21| и |S31|, т.к. мост симметричный.

Нужно цепи согласования вместе с мостом измерить, поскольку мост по всем портам имеет отличное от 50-ти ом сопротивление, а также реактивную составляющую.
Попробовал в расчете отделить подвыводные площадки, получились такие параметры S21 и S31 стали по -5 дБ в центре полосы (резонанс низкодобротный) вместо -3.1, а S32 - вообще стал -10 дБ вместо -25, КСВ в сечении 50-ти ом меняется от 1,3 до 1,5 вместо 1.2. Получается вот эти характеристики и нужно сравнивать с аналогичными у измеренного моста?

Оптимизирую мост вместе с цепями согласования по параметрам: а)S11 или КСВ=1, б)S21 (S31) =-3дБ и в)S32м - чем меньше, тем лучше.
Зачем еще S22 и S33?
Если я Вас правильно понял, методика измерения моста (вместе с цепями согласования) такая, как изображена на рис ниже?

Прикрепленное изображение


Сообщение отредактировал Stefan1 - May 5 2017, 17:35
Go to the top of the page
 
+Quote Post
MePavel
сообщение May 5 2017, 21:45
Сообщение #11


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 163
Регистрация: 11-11-13
Из: Воронеж
Пользователь №: 79 150



Цитата(Stefan1 @ May 5 2017, 20:10) *
Нужно цепи согласования вместе с мостом измерить, поскольку мост по всем портам имеет отличное от 50-ти ом сопротивление, а также реактивную составляющую.
Попробовал в расчете отделить подвыводные площадки, получились такие параметры S21 и S31 стали по -5 дБ в центре полосы (резонанс низкодобротный) вместо -3.1, а S32 - вообще стал -10 дБ вместо -25, КСВ в сечении 50-ти ом меняется от 1,3 до 1,5 вместо 1.2. Получается вот эти характеристики и нужно сравнивать с аналогичными у измеренного моста?

Я бы сравнивал коэффициенты отражения и передачи в векторном виде. Скалярные величины дают меньше информации.

Цитата(Stefan1 @ May 5 2017, 20:10) *
Оптимизирую мост вместе с цепями согласования по параметрам: а)S11 или КСВ=1, б)S21 (S31) =-3дБ и в)S32м - чем меньше, тем лучше.

Интересно взглянуть на файл проекта. Непонятно откуда S21 (S31) =-3дБ, когда на по портах 2 и 3 должен быть импеданс 1-j*4 Ома.
Цитата(Stefan1 @ May 5 2017, 20:10) *
Зачем еще S22 и S33?

Их можно пересчитать в импеданс.
Цитата(Stefan1 @ May 5 2017, 20:10) *
Если я Вас правильно понял, методика измерения моста (вместе с цепями согласования) такая, как изображена на рис ниже?

Прикрепленное изображение

Да, как вариант.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
ASDFG123
сообщение May 8 2017, 17:53
Сообщение #12


Частый гость
**

Группа: Участник
Сообщений: 148
Регистрация: 2-01-13
Пользователь №: 75 042



А у вас анализатор не умеет показыть диаграмму Смита из S11 S22 парамертов ?

На крайний случай можно симмитировать сопротивление на двух входах, и затем посмотреть какое будет на одном выходе.
И сколько спротивление балансного резистора ?
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Hale
сообщение May 9 2017, 00:20
Сообщение #13


Знающий
****

Группа: Свой
Сообщений: 546
Регистрация: 11-10-11
Пользователь №: 67 667



Цитата(Stefan1 @ May 4 2017, 17:34) *
КСВ получается около 20. Будет большая погрешность при измерении на VNA. Кроме того нет уверенности, что настройка мостов в ходе измерения на VNA с 50-ю омами будет адекватна с реальными импедансами.

на соверменных VNA с ДД больше 90 дБ ничего страшного, имхо. Ну скалибруйтесь поаккуратнее, если есть переменная нагрузка, она как раз убирает возможные искажения на малых уровнях и на VNA постарше (но немного портит "взаимность" при калибровке) . Пока вы не включили транзистор, цепь линейная и S-параметры при любых уровнях изменяются алгебраически.
Что мешает просто посмотреть на круговую диаграмму импеданса порта и прочитать его значение?

Цитата(k0l0bun @ May 5 2017, 13:27) *
Посмотрел на VNA Rohde & Schwarz - можно вручную задать произвольное значение reference impedance в настройках порта

размер коаксиала порта это не меняет. На Агилент есть такая же штука - просто ренормализация матрицы.

Цитата(Stefan1 @ May 5 2017, 19:18) *
Не то получится. Видимо в данном случае надо изготавливать переходные платы, трансформирующие 50 ом в импеданс транзистора, калибровать их и мерить в сечении транзистора. Но здесь также от погрешностей не уйти...


только при паническом страхе отражений. У всех переходников есть недостаток - узкополосность. И потом не понятно, как калиброваться - только один порт на отражение. Согласованную нагрузку уже не подключите - даже прикладывание поглотителей будет сдвигать фазу. Вот вы пишите TRL. А у вас фикстура с емкостными площадками на концах. Это не однородный порт. Фаза отражения от таких открытых площадок вам известна вов сем диапазоне? Далее, а есть ли у вас калиброванная проходная линия этого импеданса того же размера?

Цитата(Stefan1 @ May 5 2017, 21:10) *
Нужно цепи согласования вместе с мостом измерить

Если у вас порты с малейшими потерями и дисперсией, а по определению это так, то нифига не выйдет. Это 4-port network. Матрица 4х4.
Ведь для 2PORT как делается, S->ABCD; ABCDdecoupled=ABCDconn1^-1 * ABCDmeas * ABCDconn2^-1. Я еще ни разу не сталкивался с построением ABCD("A"-матриц) для четырехпортовых девайсов, и тем более не представляю как выглядит математика обратной матрицы компенсации портов.... В принципе это можно проследить в обратном порядке в каком-нибудь CAS, типа Derive, или Mathematica. но не думаю, что станет легче. И ошибки компутации и "не туго завинченной гайки" заметны даже на 2-портовых девайсах.
https://community.keysight.com/thread/8626
но проверял, но можете сами с карандашом проверить. останется только малое, прикинуть как вставить матрицы 2-портовых коннекторов в 4-портовое уравнение.

Сообщение отредактировал Hale - May 9 2017, 01:07
Go to the top of the page
 
+Quote Post
MePavel
сообщение May 9 2017, 09:33
Сообщение #14


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 163
Регистрация: 11-11-13
Из: Воронеж
Пользователь №: 79 150



Цитата(Hale @ May 9 2017, 03:20) *
У всех переходников есть недостаток - узкополосность.

Не согласен. Например, экспоненциальный переход обладает хорошей широкполосностью. Что касается 2,7-3,1 ГГЦ то можно обойтись и более примитивными микрополосковыми структурами, как бонус можно получить большую трансформацию сопротивления.
Цитата(Hale @ May 9 2017, 03:20) *
И потом не понятно, как калиброваться - только один порт на отражение. Согласованную нагрузку уже не подключите - даже прикладывание поглотителей будет сдвигать фазу. Вот вы пишите TRL. А у вас фикстура с емкостными площадками на концах. Это не однородный порт. Фаза отражения от таких открытых площадок вам известна вов сем диапазоне? Далее, а есть ли у вас калиброванная проходная линия этого импеданса того же размера?

Для этих целей как раз используется TRL-калибровка. Нет никаких проблем в изготовлении "калиброванной" микрополосковой линии передачи - перемычки. Ширина линии должна соответствовать ширине вывода транзистора. Затем рассчитывается характеристическое сопротивление линии.
Цитата(Hale @ May 9 2017, 03:20) *
Если у вас порты с малейшими потерями и дисперсией, а по определению это так, то нифига не выйдет. Это 4-port network. Матрица 4х4.
Ведь для 2PORT как делается, S->ABCD; ABCDdecoupled=ABCDconn1^-1 * ABCDmeas * ABCDconn2^-1. Я еще ни разу не сталкивался с построением ABCD("A"-матриц) для четырехпортовых девайсов, и тем более не представляю как выглядит математика обратной матрицы компенсации портов.... В принципе это можно проследить в обратном порядке в каком-нибудь CAS, типа Derive, или Mathematica. но не думаю, что станет легче. И ошибки компутации и "не туго завинченной гайки" заметны даже на 2-портовых девайсах.

ABCD матрицей описываются параметры четырёхполюсника - так для упрощения запоминания студентами коэффициентов пишут в учебниках. А по факту это A11, A12, A21, A22, т.е. А - параметры. А - параметры имеют уникальное свойство - минимальное количество математических операций при расчете (моделировании) электрических цепей. Нет никаких проблем сделать хоть 16-ти портовую калибровку. В этом случае получится матрица A(1,1)...A(16,16) и т.д.
Но по факту при калибровке VNA исключается из рассмотрения паразитный четырёхполюсник на каждом тестовом порте. Так что те же ABCD-параметры работают и при калибровке на кол-во портов большее двух.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Hale
сообщение May 10 2017, 00:56
Сообщение #15


Знающий
****

Группа: Свой
Сообщений: 546
Регистрация: 11-10-11
Пользователь №: 67 667



Цитата
Не согласен. Например, экспоненциальный переход обладает хорошей широкполосностью.

да, поправочка. То, что у радистов считается широкополосным (сто МГц), у университетских физиков считается узкополосным... широкополосность начинается от гигагерц (в процентах не считают, т.к. на ферритах, например, частотная зависимость обратная). Отличие практических схем от принципиальной модели... короче, чтобы экспоненциальный переход был широкополосным, экспонента должна быть бесконечной. А на практике неплохо работают переходники Клопфенштейна, даже нарисованные на глаз, обведенные квадратичной, или суммой двух обратных экспоненциальных функций.

Цитата
ля этих целей как раз используется TRL-калибровка. Нет никаких проблем в изготовлении "калиброванной" микрополосковой линии передачи - перемычки.

ну как. с нулевой перемычкой THRU, скажем адгезивной, из индиевой фольги поверху полоска, понятно. А что вы будете делать с Line? надо же измерить параметры этого Line сначала. А измерять будете в той же фикстуре. Т.е. погрешность, измерения на 50-омных портах, которой автор так боится, сначала сядет на калибровку Line, а потом перекочует в конечные измерения, еще немного увеличившись. Ну, и как я сказал, фикстуры по моему неправильные - линия должна быть однородной на достаточно длинном участке больше полуволны точно. Либо это должны быть четвертьволновые ступеньки 6-8 порядка.

Цитата
Ширина линии должна соответствовать ширине вывода транзистора.

наверное, чтобы калибровка была широкополосной, должна соответствовать ширине площадки фикстуры. А уж подогнана она под вывод транзистора, это другое дело.

Цитата
ABCD матрицей описываются параметры четырёхполюсника... А по факту это A11, A12, A21, A22, т.е. А - параметры.

Это одно и то же. Называется матрицей передачи (Transfer в оптике, Transmission в СВЧ).
В любом случае, для 4-портовой цепи выводить ее дело неблагодарное.

Цитата
Но по факту при калибровке VNA исключается из рассмотрения паразитный четырёхполюсник на каждом тестовом порте.

Об этом и речь! Но автор судя по всему не доверяет точной калибровке 50-омных портов и кажется намеревался показать класс в матричной алгебре (я это делал на 100 Ом, для двухпортовых линий не сложно)... Я бы согласился если бы речь шла об измерениях мощности ниже -90дБм на поколениях ЭЛТ спектроанализаторов агилента, скажем; да, они страдали нелинейностью и требовали калибровки мощномером в диапазоне каждого аттенюатора. Но видимо в наличие имеется вполне современный и высококлассный 4-портовый VNA, так нафига забивать себе голову?

Сообщение отредактировал Hale - May 10 2017, 01:07
Go to the top of the page
 
+Quote Post

4 страниц V   1 2 3 > » 
Reply to this topicStart new topic
3 чел. читают эту тему (гостей: 3, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0

 


RSS Текстовая версия Сейчас: 18th December 2017 - 09:11
Рейтинг@Mail.ru


Страница сгенерированна за 0.01379 секунд с 7
ELECTRONIX ©2004-2016