Grundlagen VNA Messgerät (SV4401A)

Messbeispiele aus dem Amateurfunkbereich z.B.

• Groundplaneantenne (X200)
• Bandpassfilter
• Mantelwellensperre
• Dämpfungsglieder mit feste Werte (kommerzielle)
• Schaltbares Dämpfungsglied

Die Funktionsweise eines Netzwerk Analyser VNA ist eigentlich sehr einfach.

Stellt euch vor, ihr stellt eine Frequenz ein und lest den Messwert ab und zeichnet ihn in ein Diagramm ein. Dann stellt ihr eine neue Frequenz ein und wiederholt diese Messung immer wieder. Und dies wiederholt ihr so lange bis ihr die Endfrequenz erreicht habt. Nun kann ein Analyser die einzelnen Schritte selbst durchführen. Wichtig ist die Start- und die Endfrequenz. Zusätzlich könnt ihr noch die Anzahl der Messpunkt pro Frequenz einstellen. Damit wird die Kurve in einer eleganteren Linie gezeichnet.

Die Netzwerk Analyser haben ein oder mehrere Anschlüsse. Diese werden mit CH0 oder Port 0, Port 1, oder Port a bezeichnet. An diesem Anschluss (Port 1) werden folgende Messungen durchgeführt:

• Reflektion (SWR / VSWR)
• Abschlusswiderstände
• Dämpfungsglieder
• Bauteile (Kondensatoren, Spulen, Widerstände und Schaltungen)
• usw.

Messung S11 (Es wird nicht S-Elf sondern S-Eins-Eins gesagt) weil die Messung vom Port 1 zum Port 1 zurück geht.

Aus dem Port 1 wird von der Start-Frequenz bis zur End-Frequenz ein Signal (Schrittweite rote Zahl links unten) geschickt und die rücklaufende Werte jeweils dargestellt.

Dieser kleine Pfeil vom Port 1 der wieder zurück zeigt, bedeutet dass die Werte an Port 1 zurückgesendet werden.

Die grüne Kurve zeigt das SWR und ist bei 145 MHz 1,059 (Ideal wäre 1). Die X200 ist schon eine gute Stationsantenne.

Die gelbe Kurve zeigt LogMag (Rückflussdämpfung) und wird in dB angegeben. Je höher dieser Wert umso besser. Also muss bei Logmag immer die Kurve nach unten gehen. Je besser das DUT (Device under Test) funktioniert um so größer ist die Rückflussdämpfung.

Die blaue Kurve zeigt den imaginären Teil und wird in diesem Beispiel mit 0,0270 angezeigt. Der beste Wert wäre eine Null. Je kleiner dieser Wert ist umso besser ist die Antenne.

Im Smithdiagramm ist der wichtigste Punkt das Zentrum. Dieses ist mit 1,0 gekennzeichnet. Durch diesen Punkt läuft der Kreis mit 50 Ohm. Die Werte rechts von 1,0 sind als SWR Werte 2 und 3 zu interpretieren. Bei mehr als 3 ist die Antenne sehr schlecht.

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Zweipunktmessung am Beispiel eines Bandpassfilters

In der zwei-Port-Messung wird an Port 1 ein Signal durch das Objekt (Device-Under-Test [DUT]) zum Port 2 gesendet und die Messwerte werden wieder an Port 1 (Eingang) als Diagramme dargestellt. Darum sagt man hier S-zwei-eins. Es handelt sich auch hier um eine „Vorwärtsmessung“.

• Durchgangsmessung
• Sperrmessung
• Verstärkung
• Dämpfung
• usw.

In diesem Beispiel handelt es sich um ein Bandpassfilter. Bei der Frequenz 145 MHz wird am wenigsten gedämpft (-0,49 dB) und die Rückflussdämpfung ist bei -13,21 dB. Der SWR Wert liegt bei 1,559. Ziel dieses Filters ist die Dämpfung unerwünschter Frequenzen rechts und links neben der Durchlassfrequenz.

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Messung einer Mantelwellensperre (Selbstbau). Eine Mantelwellensperre soll unerwünschte Aussendungen über den Außenmantel verhindern bzw. Dämpfen. Gleichzeitig soll die Sperre so wenig Einfluss (Einfügedämpfung, SWR) auf die Antenne haben.

Der Anschluss der Mantelwellensperre an Port 1 und Port 2

Messergebnis:

• SWR S11 = 1,008
• Widerstand S11 = 50 Ohm
• Einfügedämpfung LogMag S21 = 0,02 dB
• Rückflussdämpfung LogMag S11 = -47 dB
• Frequenz = 7,044 MHz

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Messen von Dämpfungsglieder

Dämpfungsglieder werden eingesetzt um die Spannung bzw. Leistung zu reduzieren. Es gibt hochwertige (kommerzielle) Dämpfungsglieder aber auch Widerstandsschaltungen in einer PI- oder T-Schaltung.

Kommerzielle Dämpfungsglieder zeichnen sich durch ihre Linearität des Dämpfungswertes über die gesamte Frequenz aus.

Selbstgebaute Dämpfungsglieder aus bedrahtete Widerstände haben keine solche Linearität. Die Drähte der Widerstände haben Einfluss auf die Werte. Bei 2m hat das Dämpfungsglied eine Dämpfung bei 16 dB und im 70cm Band nur noch eine Dämpfung von 11 dB.

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Messung des selbstgebautes schaltbaren Dämpfungsgliedes mit dem SV4401A

Das Messgerät kann sehr genau die einzelnen Schalterstellungen darstellen. Hier ist die Bauanleitung des Dämpfungsgliedes beschrieben.

Alle Schalter stehen auf AUS. Die Dämpfung ist 0dB.

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Der erste Schalter ist auf EIN und die Pi-Glied-Widerstände mit 5,77 Ohm und 869 Ohm erzeugt eine Dämpfung von 1dB.

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Dämpfungsglieder können addiert werden. So dass man den gewünschten Wert einstellen kann.

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Alle Schalter sind auf EIN geschaltet und somit addiert sich das Dämpfungsglied auf 50dB.