Aufbau und Test eines Vektor-Netzwerk-Analysator nach DG8SAQ

Aufbau des Bausatzes

Inzwischen ist das Gerät, und seit kurzem sogar nur noch, als Fertiggerät überprüft und im Gehäuse erhältlich.


Vektor-Netzwerk-Analysator 1kHz .. 1,3 GHz von DG8SAQ.

Der Bausatz stammt von www.sdr-kits.net.
Das fertig aufgebaute Gerät ist dort ebenfalls erhältlich. Der Bausatz wird inzwischen nicht mehr verkauft.


Ein Jahr später im Gehäuse mit USB-Interface.

"Tanzende Frequenzen"


Die Funktionsweise ist schon verblüffend. Drücken Sie auf das Bild um den Stimulus bei einem Frequenzdurchlauf von 1 MHz bis 1,3 GHz zu sehen (Animiertes GIF, 8 MB).
Mehr erfahren Sie auf der Webseite von DG8SAQ.
Also Achtung beim Messen von aktiven Elementen. Es werden immer auch starke Signale neben den gemessenen erzeugt.

Frequenz-Kalibrierung


Die Frequenz des eingebauten Oszillators muss kalibriert werden. Hier wird ein Agilent 53132A (mit Ofen) benutzt. Das Bild zeigt einen später dazu gekommenen VNWA3. Der ermittelte Wert wird im VNWA dauerhaft gespeichert.

Funktionstest


"Noise reference measurement" zum Vergleich der von DG8SAQ veröffentlichten Werte.


S21-Isolationsmessung zur Bestimmung der Dynamik.


Messung aller vier S-Parameter des "Thru" mit 12-Term-Korrektur.

VNWA als Spektrumanalysator

Es wurde die Sendeleistung (siehe Bild) und die Empfindlichkeit überprüft. Bei der Nutzung als Spekrumanalysator benötigt man bisher eine selbst anzufertigende Tabelle zur Kalibrierung.


Messung der abgegebenen Leistung mit einem Rohde&Schwarz FSEB 20.


Hüllkurve der Sendeleistung.


Kalibrierung (offline) des VNWA als Spektrumanalysator mit einem Rohde&Schwarz SMIQ 03B.

Unterstützte Betriebssysteme


VNWA mit USB-Interface läuft auch auf Windows 7 (32bit und 64bit). Zu diesem Zeitpunkt (1.10.2009) war Windows 7 noch nicht für Privatanwender verfügbar. Das Bild zeigt einen Schnappschuss mit dem ersten erfolgreichen Versuch mit 64bit (LibUSB).

Der VNWA mit USB-Interface arbeitet auch unter Windows 2000/XP/Vista/7/8/10 und Linux (Wine), sowohl in der 32bit- als auch inzwischen in der 64bit-Variante.

Qualitativer Vergleich

Bei einem Eigenbaugerät möchte man gern wissen wo man steht. Daher ein kleiner Vergleich zu Geräten von Rohde&Schwarz. Dieser Vergleich ist sehr eingeschränkt und soll nur die erstaunlich guten Eigenschaften dieses kleinen Gerätes andeuten.


Rohde&Schwarz FSH6 Spektrum-Analysator mit FSH-Z3 VSWR-Brücke.


"Noise reference measurement" eines 30cm Koaxialkabels mit offenem Ende zum Vergleich (siehe oben). Wie man leicht erkennen kann ist die Kalibrierung (FSH-Z28) schlecht. Eine individuelle Charakterisierung des Standards lässt sich beim FSH6 nicht laden.


"Noise reference measurement" eines 30cm Koaxialkabels (Smith Diagramm) mit offenem Ende zum Vergleich (siehe oben).


S21-Isolationsmessung zur Bestimmung der Dynamik (siehe oben).


Rohde&Schwarz ZVRE Vektor-Netzwerk-Analysator als zuverlässige Referenz.


"Noise reference measurement" eines 30cm Koaxialkabels mit offenem Ende einschließlich N-SMA-Adapter (Rosenberger) zum Vergleich (siehe oben). Der Einfluss des Übergangs von N auf SMA ist vorhanden.


"Noise reference measurement" eines 30cm Koaxialkabels (Smith Diagramm) mit offenem Ende zum Vergleich (siehe oben).


S21-Isolationsmessung zur Bestimmung der Dynamik (Achtung: Skalierung!).

Quantitativer Vergleich

Der Kanalfilter lag einfach so im Labor herum und wurde zufällig als Objekt benutzt.


S-Parametermessung an einem Plisch Kanalfilter LTF 150 für Kanal K30


Gleiche S-Parametermessung an einem Plisch Kanalfilter LTF 150 für Kanal K30 mit einem Rohde&Schwarz ZVRE


Innenansicht des Filters.


S-Parametermessung: S11 und S21 mit VNWA gemessen und Mem1=S21, Mem2=S11 mit ZVRE gemessen.

Hier die Touchstone-Dateien zum selber nachsehen.
Die Touchstone-Datei dieser S-Parametermessung mit VNWA.
Die Touchstone-Datei dieser S-Parametermessung mit Rohde&Schwarz ZVRE.
Beim ZVRE sind bei der Messung aller 4 S-Parameter nur 401 Punkte möglich.
Der verbleibende Unterschied der Messungen teilt sich in Messungenauigkeit (beider Geräte) und die Eingabemöglichkeit der Werte des Kalibrierstandard (R&S Z28) beim VNWA-Programm.
Bei den Messungen wurden entgegen der obigen Bilder dieselben Kabel verwendet!

Messungen an Amateurfunkobjekten

Die Messungen an den Antennen von DK0TE soll die Brauchbarkeit auch an Antennen mit starken Rundfunksendern überprüfen.

Da dieses eines meiner Anliegen war wurde der Versuch noch ohne Gehäuse gleich nach Aufbau des Gerätes gemacht.


Messungen an den Antennen von DK0TE.


Kalibriersatz FSH-Z28 von R&S. Später habe ich eigene Kalibriersätze erstellt.


LPDA (Titanex DLP18) 20m .. 10m.


LPDA (Titanex DLP18) 30m. Wie man leicht erkennen kann z.Z. defekt.


LPDA LPDA (Titanex DLP18) 40m.


Vertikalantenne (Titanex V160HD) 80m.


Messung des Antennenkabels zur Vertikalantenne (Titanex V160HD) 80m bei DK0TE.
Im Zeitbereich lassen sich die Stellen mit Reflektionssignalen und damit "Fehlerstellen" finden.
Im Bild ist (1) der Überspannungsschutz im Keller, (2) ist die Verbindung im Schaltschrank unterhalb der Antenne
und (3) der Speisepunkt an der Antenne (an den Radialen in ca. 5m Höhe).
Wie man sieht geht die Messung des Kabels (Länge und Fehlerstellen) mit angeschlossener Antenne und ohne Störungen durch Rundfunksender.


Zur Veranschaulichung die Fehlerstellen im Kabel (siehe oben). Die gemessenen Längen sind absolut gleich wie beim Rohde&Schwarz FSH6 mit FSH-Z3. Eine separate Darstellung erübrigt sich.

Messungen an Piezo-Elementen (wie Quarze)


Messung eines Ultraschallwandlers (muRata MA40-E8-2). Damit lässt sich das Ersatzschaltbild sehr einfach erstellen. Die gezeigten Kalibrierstandard sind für einen speziellen Zweck angefertigt. In diesem "Gleichstrombereich" funktionieren dieser aber auch bestens. Diese Messung dient bei der Weiterentwicklung meines Ultraschall-Anemometers.


Messung S11 eines muRata MA40-E8-2 Ultraschallwandlers.


Ersatzschaltbild des muRata MA40-E8-2 Ultraschallwandlers.

Erweiterte Anwendungsbeispiele


Diese Animation zeigt schön die Veränderung der gemessenen Anpassung durch ein Speisekabel.
Auf dieser Seite gibt's mehr darüber zu lesen.


Mit dem Vektor-Netzwerk-Analysator lassen sich jetzt auch Simulationsergebnisse (NEC4.1) überprüfen. Hier gibt's mehr darüber zu lesen.


Mit dem Vektor-Netzwerk-Analysator kann man auch sehr exakt die Erdbodeneigenschaften messen. Hier gibt's mehr darüber zu lesen.


Im ARRL-Antenna Book ist eine Gleichung zur Berechnung der Dämpfung eines angepassten Koaxialkabels angegeben. Ich habe diese Gleichung hier überprüft.


Messung des Wellenwiderstands einer (Koaxial-)Leitung.


S-Parameter-Messung an einem 10,7 MHz ZF-Filter.


Der Ferrit-Ringkern das unbekannte Wesen.

Weitere Projekte von mir.


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