Úvod
Použité přístroje:
1. Vektorový analyzátor
(v příkladech použit nano VNA).
Použitý konektor:
CH0 (TX)
Použité
adaptéry: SMA krátký kabel bez konektoru na druhém konci,
vodiče s "krokodýlkem" a kousek vedení s koaxiálem.
Zobrazované
typy grafů: charakteristiky S11, Smith, průběh impedancí,
koeficient odrazu
Měřené
veličiny: průběh R+jX měřený na fixním odporu v
závislosti na kmitočtu
Software:
https://github.com/mihtjel/nanovna-saver/releases
Základní zásady při práci a základní nastavení
1. S nanoVNA HW komunikujeme přes sériový port.
2. Měřený
rezistor připojujeme vždy pomocí stejného přípravku na
port CH0
I s nejlevnějšími typy VNA (např. nano VNA) lze stanovit
vyšší hodnoty impedancí poměrně přesně. Bez "dopočítání"
ve Smithově diagramu to však nepůjde !!! Měření
impedancí je základní měření, pokud máme zájem o zjištění
základních vlastností antén nebo chceme zjistit ztráty na
přizpůsobovacích obvodech (match loss ztráty). Použitý
přípravek (krátký kabel se svorkami) je vidět na
fotografii hned zde dole. |
 |
Princip měření
Měřenou impedanci (např. svorky drátové antény)
připojíme krokodýlky a změříme impedanci pomocí VNA.
Myslíte si, že obdržíte relevantní výsledek? Odpověď si
vyřešíme ve Smithově diagramu. Nastavení Smithova diagramu
jsem provedl tak, aby uprostřed byla hodnota nikoliv 50
Ohmů, ale 2200 Ohmů, protože jsem pomocí krokodýlků
připojil normální bezindukční rezistor o hodnotě 2200
Ohmů. Co se děje s impedancemi? Zkusíme si je zakreslit.
Vedení s krokodýlky nám transformuje impedanci poblíž,
hodnota je vidět v bodě TP2 a je (2093-j460). Vedení s
koaxiálem, včetně konektorů, případně vedení na desce VNA
nám transformuje impedanci dost daleko. Měřím totiž na
kmitočtu 28 MHz. Po transformaci bych měl naměřit to, co
je u bodu SP9, tedy hodnotu (104-j463). Měření jsem ukázal
na obrázku pod. Marker č. 2 jsem nastavil na 28 MHz a v
tabulce vedle markerů odečítám hodnotu Z = 103 - j456 a v
grafu vidím průběh impedance v závislosti na kmitočtu.
Důležitá poznámka:
Prostě ten kus koaxiálu je tam jaksi navíc !!! A to i na
krátkých vlnách !!!
|
 |
| |
 |
| |
Výsledek zkoušky
Naměřená
impedance není odlišná od impedance, kterou máme po
transformaci na svorkách VNA. Bohužel je natolik odlišná
od hodnoty, kterou jsme měřili, v tomto případě 2200+j0
Ohmů.
Dopočítávat výsledek ze změřených dat lze
různými metodami. Tady ukážu jednoduchý dopočet ve Smith.
diagramu. Tentokrát je střed siagramu na 50 Ohmech. Do
diagramu vložím bod DP1, který jsem naměřil. U mého
programu nelze změnit směr od generátoru k zátěži. Proto u
naměřené hodnoty změním znaménko jalové složky a vložím
bod 103 +j456 a zakreslím oba úseky vedení (dráty s
krokodýlky a kus koaxiálu). V bodě TP3 odečtu hodnotu
měřené impedance. Jak vidíte, nevyšla mi reálná hodnota
2200 Ohmů, ale 2312 Ohmů. To je tím, že vlastnosti
přípravku jsem nijak pečlivě neměřil, ale sprostým
způsobem kvalifikovaně odhadl. Přes to všechno je i takto
získaná hodnota prakticky použitelná. Je to rozhodně něco
jiného, než tvrdit, že R = 103 Ohmu.
|
 |
|
|
Pro ilustraci jsem změřil průběhy pro hodnoty
rezistorů 22; 56; 100; 390; 820; 2200 a 3900 Ohmů. Tedy
rozmezí, které se nám může na konci napájecí dvoulinky
nebo žebříčku vyskytovat.
|
 |
 |
 |
 |
 |
|
|
 |
Poznámky
1. HW a SW
analyzátoru se opravdu pořádně nadře, když matematicky
řeší:
a) nejen paralelní kombinaci dvou rezistorů dost
rozdílných hodnot (např. 50 Ohmů a 2200 Ohmů), ale
b)
také transformace na dvou vf vedeních (vliv délky koaxiálu
je zásadní, lepší jsou svorky přímo na SMA konektoru, tuto
variantu ukážu v dalším příkladě. Použitý přípravek byl
nevhodný.
2. My se
nadřeme, když si musíme vzpomenout, jak to s transformací
je a použít Smithův diagram na dopočet měřené veličiny. A
výsledek ještě nic moc.
3. Tato úloha byla o tzv.
věrohodnosti. Při každém měření se hodí používat selský
rozum a věci méně zřejmé si kvalifikovaně odhadnout,
dopočítat, přijdete i na nevhodný přípravek! |
|
|
|
|
|
|
