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Discussione

ik3umt

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Inserito il - 30/01/2019 : 15:37:05

Con il mio analizzatore AA-30.zero, ho fatto uno script per leggere (e scrivere su file) un tot di valori di R e X .
Collego uno spezzone di 1 metro di RG58 terminato con una resistenza da 50 ohm
Faccio uno sweep su un certo range di frequenza e ottengo R=50 X=0
Collego un carico di 200 ohm e ottengo molti valori che si discostano sia per R che per X a causa della presenza dello spezzone di cavo.
Serve una calibrazione "Open-Short-Load"
Se collego l'analizzatore al PC ed effettuo tale calibrazione con il suo software, I valori di calibrazione incamerati dal software combinati con i valori letti sul carico in analisi mi danno con buona approssimazione il valore del carico reale (in effetti i valori si attestano molto vicini ai 200 ohm per tutto lo spettro HF)

Domandona :

Se salvo i dati di Frequenza, R e X durante una calibrazione O-S-L , con che operazioni matematiche devo andarli a combinare con la lettura del DUT per ottenere il valore reale di esso ??

Modificato da - ik3umt in Data 30/01/2019 18:48:02

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IZ2IAM

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Inserito il - 31/01/2019 : 13:49:14

Ciao Federico, immagino che durante una calibrazione, vengono memorizzati i valori dei "Delta" comprensivi del segno in modo che tramite la loro correzione si abbia il valore che in realtà va misurato.
La butto lì, ma potrei sbagliare e chiedo venia, ma penso che vada fatta una semplice somma algebrica punto per punto del valore letto e della correzione tenendo quindi conto anche del segno.

73
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ik3umt

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Inserito il - 31/01/2019 : 14:09:36

Avevo pensato anch'io alla stessa cosa, pero'..... la calibrazione tiene conto dei valori di R e X quando il tratto di linea viene messo in corto, quando viene lasciato aperto e quando viene caricato con l'impedenza caratteristica.
Tre valori da comparare, o meglio, secondo me, tre valori che ci fanno sapere cosa c'e' in mezzo (il cavo).

Io , tralasciando la questione calibrazione la metterei cosi' :

Ho preso il mio spezzone di 1 mt di rg58 e l'ho collegato all'analizzatore.
Ho effettuato tutte le misure a 14 MHz

Aperto R=-1 X=-101
Corto R=1.33 X=25
50 ohm R=51 X=0.3

Carico sconosciuto (in realta' sono 200 ohm) R=52 X=-75

Come risalgo dalle tre condizioni verificate prima che R=52 X=-75 sono una resistenza da 200 ohm ??

Riconfermo che dopo la calibrazione del medesimo strumento con il medesimo metodo e il suo software, facendo lo sweep tra 0 e 30 mhz il grafico presenta 200 ohm senza reattanza in tutto lo spettro.

Matematici .... a voi

Firma di ik3umt

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IZ2UUF

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Inserito il - 31/01/2019 : 15:51:53

Ciao a tutti.

Per calibrare un VNA sono necessarie un paio di premesse:

1) tutti i valori e le operazioni vanno eseguite con numeri complessi; un numero complesso è costituito da due numeri (reale e immaginario) che viaggiano sempre in coppia (es. 37-j20). Se non si è pratici, è meglio approfondire brevemente cercando online; in ogni caso, per evitare errori conviene usare un calcolatore già in grado di eseguire operazioni con numeri complessi (es. Excel);
Quando si dice ad esempio R=90 X=200, in forma complessa è Z=90+j200.

2) i valori sono espressi tutti nella forma di scattering parameters, che nel nostro caso sono una specie di coefficiente di riflessione;

3) l'impedenza Z0 è quella di riferimento del sistema, nel nostro caso sarà Z0=50+j0

4) quello che misura il vostro analizzatore è il parametro S11

E' possibile convertire da S11 a Z (cioè dal parametro di scattering ai soliti R e X) con questa formula:

[1] Z = Z0 * (1+S11)/(1-S11)

E viceversa:

[2] S11 = (Z - Z0) / (Z + Z0)

Partendo dai tuoi valori R e X pertanto puoi ottenere i parametri di scattering S11 con le formule sopra. Se però il tuo strumento è in grado di ritornare già i parametri di scattering è meglio. Tieni presente che certi concetti possono essere espressi con i parametri di scattering ma non con R e X. Ad esempio, un "open" ideale avrebbe R=infinito, mentre nel caso di S11 sarebbe semplicemente S11=(1,0), cioè riflessione totale.

Detto questo, nel misurare un carico qualsiasi, noi otteniamo i parametri di scattering "M" (misurati) e dobbiamo trovare una formula tale per cui si ottenga "S", cioè i veri parametri di scattering del carico dai quali poi possiamo ottenere R, X e tutto il resto.

La formula è questa: [3] M=(S+a)/(bS+c)
Oppure (girata per ottenere S): [4] S=(a-cM)/(bM-1)

In sostanza, leggi il tuo carico ignoto ed ottiene "M".
Applichi la formula sopra e ottieni "S". Se converti "S" con la formula [1], ottieni la R e la X vere del carico.

Scopo della calibrazione è trovare i tre numeri complessi a, b e c da mettere dentro alla formula [4].

Il procedimento è abbastanza semplice. Si devono trovare tre carichi per i quali la "S" vera sia già nota e si misurano ottenendo la relativa "M".

Avrai che:

M1 = (S1+a)/(b*S1+c)
M2 = (S2+a)/(b*S2+c)
M3 = (S3+a)/(b*S3+c)

A questo punto hai un sistema di equazioni a tre incognite (a, b, c) che si risolve facilmente prestando attenzione a non fare errori di distrazione.

I parametri di scattering dei carichi SOL sono:

open ---> S=1+j0
short ---> S=-1+j0
load(50) ---> S=0+j0

Per qualunque altro componente che tu volessi usare come calibrazione, devi calcolare la sua R e X e da questa risalire al suo S con la formula [2].

Questo tipo di calibrazione va bene a frequenze non troppo alte. I sistemi di calibrazione più evoluti prevedono anche la distanza di ciascun elemento di calibrazione dal reference plane che viene messa in conto con una ulteriore trasformazione ed altri dettagli, ma per le tue applicazioni in onde corte o poco più, puoi anche non preoccupartene.

Come dati di esempio ti do quelli che ho misurato con il mio VNA:

ML = -0.1059730 -0.0189872j SL=(0,0)
MO = 0.0342645 -0.7012641j SO=(1,0)
MS = -0.2405881 0.6904278j SS=(-1,0)
M = -0.0158452 -0.4946603j

Dove "ML", "MO" e "MS" sono i parametri di scattering misurati dal mio VNA a 400MHz al termine di un codino coassiale su load, open e short e vanno usati come calibrazione.
Invece "M" è la misura di un resistore SMD da 270 ohm.
Il valore Z risultante per il carico è:

Zn=29.572387849401 -38.7473418639976j -> senza calibrazione
Z =273.649766472677 -9.38683670793111j -> con calibrazione

Come vedi la Z con calibrazione è molto accurata (273 ohm, quasi zero di reattanza).

Ciaoo
Davide

Firma di IZ2UUF

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ik3umt

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Inserito il - 31/01/2019 : 18:16:50

Porca Eva ! (lasciamelo dire)

Spiegazione che fa sembrare il tutto quasi semplice !

Appena ho 10 minuti provo ad imbastire qualcosa !

Intanto grazie

Modificato da - ik3umt in data 31/01/2019 18:19:26

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ik3umt

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Inserito il - 01/02/2019 : 11:27:13

Davide, manco a farlo apposta , Alex di RigExpert mi ha segnalato che in effetti il software e' open-source e mi ha mandato il link del file responsabile della calibrazione :

https://github.com/rigexpert/AntSco...ibration.cpp

Chi avesse voglia di "buttare un occhio" conoscendo la programmazione , forse ne capirebbe qualcosa.....

Modificato da - ik3umt in data 01/02/2019 11:31:13

Firma di ik3umt

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ik3umt

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Inserito il - 04/02/2019 : 15:49:19

Davide, fammi capire.....

Io devo trovare dei parametri S11 che comparati con quelli ideali vanno a produrre delle variabili di "correzione" da inserire nella formula finale che ,inversamente, da i parametri S11 della misura reale mi forniscono R e X finale (cioe' corretta) ???

Da quello che ho capito in questo (facile

) sistema

M1 = (S1+a)/(b*S1+c)
M2 = (S2+a)/(b*S2+c)
M3 = (S3+a)/(b*S3+c)

vado a sostitire S1 S2 e S3 con i parametri ideali

open ---> S=1+j0
short ---> S=-1+j0
load(50) ---> S=0+j0

M1 M2 e M3 sono i parametri misurati "realmente" con la calibrazione OSL

Risolvo il sistema e ottengo a, b, e c

Misuro il carico ignoto e inserisco la Z misurata in S11 = (Z - Z0) / (Z + Z0)

S11 misurato (M) lo inserisco in S=(a-cM)/(bM-1) nella quale mediante la correzione apportata da a,b e c ottengo "S11 reale" , quindi con Z = Z0 * (1+S11)/(1-S11) ricavo finalmente il VERO valore di Z incognita.

Sbaglio qualcosa ?

Modificato da - ik3umt in data 04/02/2019 15:51:19

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IZ2UUF

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Inserito il - 04/02/2019 : 22:01:13

Ciao Federico.

ik3umt ha scritto:

Davide, fammi capire.....

Io devo trovare dei parametri S11 che comparati con quelli ideali vanno a produrre delle variabili di "correzione" da inserire nella formula finale che ,inversamente, da i parametri S11 della misura reale mi forniscono R e X finale (cioe' corretta) ???

Da quello che ho capito in questo (facile

Sì è così.
Nota che puoi risolvere le tre equazioni seguenti:

M1 = (S1+a)/(b*S1+c)
M2 = (S2+a)/(b*S2+c)
M3 = (S3+a)/(b*S3+c)

senza conoscere né S1,S2,S3 né M1,M2,M3. In sostanza arrivi ad esprimere a, b e c in termini di S1, S2, S3, M1, M2, M3, utile se le vuoi usare in un programma (non puoi risolvere a mano le equazioni ogni volta che fai una calibrazione). Considera anche che la calibrazione vale per una sola frequenza.

Ciaoo
Davide

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ik3umt

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Inserito il - 05/02/2019 : 08:37:10

Ecco, quella della frequenza e' un'altra nota particolare...
Quando uno strumento effettua una calibrazione , viene fatto un certo numero di samples nel range specificato, ad esempio da 0 a 30 MHz , 200 campionamenti, cioe' 200 diversi parametri S11 in relazione alla frequenza.

Nel misurare il carico reale in uno sweep di frequenza si dovra' apportare la correzione punto per punto , adattando una media dei valori anche in quei punti dove la frequenza di misura ricade in un intervallo dove non e' stato fatto il campionamento OSL, oppure utilizzando il valore di correzione, piu' vicino in frequenza.
In pratica dovro' applicare S=(a-cM)/(bM-1) tante volte quanti sono le misure e con valori a, b, e c di volta in volta diversi man mano che ci si sposta in frequenza.
Chissa' che il sistema di calcolo sia veloce abbastanza.....

Modificato da - ik3umt in data 05/02/2019 10:01:29

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IZ2UUF

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Inserito il - 05/02/2019 : 10:07:52

ik3umt ha scritto:

Ecco, quella della frequenza e' un'altra nota particolare...
Quando uno strumento effettua una calibrazione , viene fatto un certo numero di samples nel range specificato, ad esempio da 0 a 30 MHz , 200 campionamenti, cioe' 200 diverso parametri S11 in relazione alla frequenza.

Nel misurare il carico reale in uno sweep di frequenza si dovra' apportare la correzione punto per punto , adattando una media dei valori anche in quei punti dove la frequenza di misura ricade in un intervallo dove non e' stato fatto il campionamento OSL, oppure utilizzando il valore di correzione, piu' vicino in frequenza.
In pratica dovro' applicare S=(a-cM)/(bM-1) tante volte quanti sono le misure e con valori a, b, e c di volta in volta diversi man mano che ci si sposta in frequenza.
Chissa' che il sistema di calcolo sia veloce abbastanza.....

Forse è più comodo e meno incline ad errori avere una calibrazione fatta sugli stessi punti che saranno poi usati per la misura che ricorrere all'interpolazione.

Ciaoo
Davide

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ik3umt

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Inserito il - 05/02/2019 : 10:36:56

Mah, sai... con L'AA30.zero, setti frequenza centrale dello sweep, range dello sweep (utilizzando quella frequenza come centro) e numero di sample.

Il dilemma sta nel fare un botto di samples in modo di averne sempre uno che cade precisamente sulla frequenza della misura da effettuare, oppure farne "un po'" per banda, dove serve e fare la misura sempre sulle stesse frequenze .

Se uso sempre lo stesso pigtail o fixture per le misure , io farei ad esempio 1000 samples nello spettro HF in modo da avere abc di "correzione" ogni 30 KHz e usare i medesimi durante le misure.

E' anche vero che con un analizzatore del genere la precisione e' tutt'altro che seria...
Bisogna quindi valutare quanto perder tempo in calibrazioni "fini" quando lo strumento ritorna (anche durante le misure di calibrazione OSL) valori "alla buona"

Con il DG8SAQ suppongo la cosa sia molto diversa.

Magari per calibrare un pigtail di 30 cm con il rigexpert basta un sample ogni 100KHz per ogni banda HAM e tenere buoni quelli come parametri di correzione.

Firma di ik3umt

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ik3umt

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Inserito il - 05/02/2019 : 22:15:48

Una nota:

Se

open ---> S1=1+j0
short ---> S2=-1+j0
load(50) ---> S3=0+j0

allora

M1 = (S1+a)/(b*S1+c)
M2 = (S2+a)/(b*S2+c)
M3 = (S3+a)/(b*S3+c)

diventa

M1 = (1+a)/(b+c)
M2 = (-1+a)/(-b+c)
M3 = (0+a)/(0+c)

quindi

M1 = (1+a)/(b+c)
M2 = (-1+a)/(-b+c)
M3 = a/c

(sempre considerando che sono numeri complessi)

La cosa si semplifica parecchio...

Modificato da - ik3umt in data 05/02/2019 23:12:23

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i6QIZ

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Inserito il - 07/02/2019 : 20:14:14

Buonasera Federico,
ti sottopongo un altro approccio al calcolo del tuo quesito.
Sicuramente la matrice dei parametri “scattering”, proposta da Daniele, sarà di certo più funzionale per il calcolo numerico, ma io sono rimasto “analogico”;-)
Quello che tu chiedi è risolvibile anche con la teoria delle linee di trasmissione, o meglio l’effetto di trasformare l’impedenza di un pezzo di linea di trasmissione.
Ho ripreso degli appunti dalla rete http://www.uniroma2.it/didattica/me...er_distr.pdf
e prendendo spunto dalle pagine 5,6 e 7 del pdf ne ho tratto quanto allegato qui sotto come foto.

Immagine:

151,27 KB

Immagine:

136,89 KB

In pratica si tratta di applicare al formula di trasformazione di una impedenza ZL posta alla fine della linea di impedenza caratteristica Z0 conoscendo la Zin misurata al’ingresso con VNA. Per applicare la formula occorre ricavare in maniera indiretta alcuni parametri ottenibili con la classica calibrazione “OSL”.
Il calcolo della Z caratteristica della linea di trasmissione interposta viene banalmente fatto tramite la media geometrica delle impedenza misurata con linea aperta e con linea in corto. Ho fatto delle semplificazioni ipotizzando la linea senza perdite, tant’è vero che la calibrazione con carico a 50 non mi è servita.
Spero ti sia comprensibile la mia calligrafia.
Buon divertimento.

Firma di i6QIZ

73 de i6QIZ
Luca
(Sez. ARI di Ancona)

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ik3umt

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Inserito il - 08/02/2019 : 12:18:17

Luca che dire........

Ottima spiegazione e conclusione.

Grazie per il tempo dedicato, vedo di farne tesoro e applicarlo.

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