Úvod
V úloze je ukázka, jak pomocí VNA změřit základní parametry
pásmového filtru, tj. útlum v propustném pásmu a mimo propustné
pásmo a koeficient odrazu na vstupu.
Pro úlohu je použit
obyčejný půlvlnný rezonanční obvod realizovaný ze dvou pahýlů
koaxiálního kabelu.
Použité přístroje:
1. Vektorový analyzátor
(v příkladech použit nano VNA).
Použitý konektor: CH0 (TX)
a CH1(RX)
Použité
adaptéry: SMA krátké propojovací jednostranně
okonektorované kabely, měřený filtr (dva pahýly z koaxiálu)
Zobrazované
typy grafů: charakteristiky S11 a S21
Měřené
veličiny: průběh útlumu filtru v závislosti na kmitočtu,
průběh koeficientu odrazu RL (nebo VSWR) v závislosti na kmitočtu
Software:
https://github.com/mihtjel/nanovna-saver/releases
Základní zásady při práci a základní nastavení
1. Měřený obvod je připojen podle schématu vpravo.
2. Filtr tvoří dva na konci otevřené pahýly, které mají
elektrickou délku (součet délek obou pahýlů) lambda/2 =
1/2
3. Teoretická podstata je vysvětlena na konci článku
pomocí Smithova diagramu.
4. Jsou měřeny dva
rozdílné filtry. Liší se délkou pahýlů, tedy místem
napájení. Tím je dána rozdílná velikost tlumení
rezonančního obvodu. Každé provedení má rozdílnou
charakteristiku. Jedna je úzká, druhá extrémně široká.
|
 |
| |
Naměřené výsledky
Výsledky jsou v
pořadí pod sebou pro úzký a široký filtr. Kmitočtové pásmo
je voleno tak, aby v grafech bylo zřetelně vidět propustné
pásmo, strmost (zde spíš pozvolnost) křivek na bocích, u
úzkého filtru ještě významná rejekce ve směru od nízkých
kmitočtů a poměrně nízký útlum v tzv. stopbandu (oblasti,
kde má být útlum). Ve Smithově diagramu je vidět průběh
impedance v závislosti na kmitočtu a v diagramu S11 Return
Loss je vidět koeficient odrazu v propustné části i ve
stopbandu.
Všimněte si čísel pod hodnotami
markerů. Jde o parametry označené jako S11, jsou tam
uvedené hodnoty minimálního VSWR a RL a parametry S21,
tedy minimální a maximální zisk (v případě filtrů útlum).
Nepatrný kladný zisk v případě širokého filtru je
samozřejmě nesmysl (jde o hodnotu jen 0.016 dB). To je
dáno tím, že jsem si v této úloze s kalibrací hlavu
nelámal. Správná interpretace by byla, že útlum není na
daném kmitočtu měřitelný.
|
 |
|
|
 |
|
|
Princip filtrů
Jak jsem zmínil,
byly použity jednoduché půlvlnné obvody zhotovené z
koaxiálního kabelu. Vstup a výstup filtru je tvořen
krátkými jednostranně okonektorovanými kabely s char.
impedancí 50 Ohmů. Na charakteristiku má vliv místo
napájení (odbočka od středu půlvlnného obvodu). Odbočku
jsem v praxi vytvořil tak, že jsem kratší pahýl uvažoval o
délce 80 mm (fyzická délka) u více tlumeného obvodu a 100
mm u málo zatlumeného. Pro měření jsem nakonec ustřihnul
délku kratšího pahýlu jen 60 mm, aby byla vidět hodně
široká propustná oblast. Pro úzký filtr jsem ustřihnul
tento pahýl delší, než 100 mm, aby byl vidět útlum v
propustném pásmu. Konání je vidět ze dvou Smith. diagramů.
První je pro úzký filtr.
|
 |
| |
 |
|
|
| Ve Smith. diagramech je zapojena funkce
Sweep od 330 MHz do 500 MHz. Všimněte si, jak jsou
rozdílné impedance na konkrétních kmitočtech. Např. reálná
složka R, viz graf níže: |
|
|
 |
|
|
Poznámky
Filtr jsem "ladil"
štípačkami. Štípal jsem delší pahýl. V obou případech jsem
uštípnul více a ujel jsem k vyšším kmitočtům.
1. Útlum
v propustném pásmu byl u úzkého filtru asi 3 dB; u
širokého filtru 0 dB.
2. Rejekce (nejvyšší potlačení)
je u úzkého filtru více, než 30 dB, u širokého filtru jsem
ji nezobrazoval.
3. U obou filtrů si všimněte křivek s
koeficientem odrazu (RL).
|
|
|
Fotografie filtrů
|
 |
|
|
Závěr
1. Měření filtrů bylo v
této úloze ukázáno na jednoduchých prototypech filtrů,
vyrobených jen z koaxiálů. Proto jsou výsledky poplatné
provedení filtrů. Nicméně, půlvlnný filtr, který je tvořen
půlvlnným rezonátorem vyšší jakosti s vazbou na koaxiální
vedení pro vstup a výstup filtru se v praxi v pásmu 70 cm
používá.
2. Měření bylo provedeno jen se
zobrazením hlavních charakteristik v diagramech. Jde o
základní dovednost při měření. Některé SW, včetně
použitého pro nano VNA mají další analytické nástroje pro
měření filtrů. Jsou užitečné. V jiných úlohách ukážu
jejich možnosti.
|
|
|
|
|
|
|
