A ktualizováno v listopadu 2019
Měření vyšších hodnot impedancí s nevhodným přípravkem
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!
TU 73, Mira, ok1ufc