HAM RADIO 2012 -...
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HAM RADIO 2012
DG8SAQ ベクトルネットワーク
アナライザーの進化:
新型VNWA3の機能&途 THOMAS BAIER教授
DG8SAQ Hochschule Ulm
Prittwitzstrasse 10
89075 Ulm
本語翻訳監修:
ICAS Enterprises HAM RADIO 2012 1
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VNWA プレゼンテーション – 概要
• S-パラメータとは何か?
• VNWAの機能といち
• 新機能
• 画期的な測定例
謝辞:
- Eric Hecker - Fred Schneider - Giuseppe Gristina - Mario Armando Natali
HAM RADIO 2012 2
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それは波の分散につきます
光学
a1
射
b1
反射
電気
DUT
DUT : 被測定デバイス
HAM RADIO 2012 3
b2
通過
レンズ
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S-パラメータ = スキャッタリングパラメータ Sik
ポート 1
S21
S11
b1
2ポー
コンプレックスS-パラメータ:
Sik は複素数であり、強度と位相から成り
っています!
HAM RADIO 2012 4
a2
ZL
b2
Sik = bi / ak
S12
Port 2
a1
S22 ZL
•
•
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S-パラメータ = リ タ ー ン ロ ス
b2
DUT
1+ S11
VSWR =
1- S11
HAM RADIO 2012 5
S11
S11 =
| S11 |
a1
b1
b1
a1
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S-パラメータ = 通 過 ロ ス
a1
DUT
b1
S21=
HAM RADIO 2012
| S21 |
S21
b2
b2
a1
6
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VNWAでS-パラメータの測定ができます!
S21
DUT
DUT : 被測定デバイス
7
S11
HAM RADIO 2012
PTEE 2011
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進化と動作原理(1) VNWAの基礎
射 通過
可変信号源
3つのコヒーレント受信器
反射 通過 (A) (B)
デバイス制御
データ処理、
画像表 8
反射
信号分離
信号源
入射
(R)
HAM RADIO 2012
プロセッサ / 画表
受信器 / 検出器
DUT
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進化と動作原理(2) 機能ダイアグラム
DDS
3 x ギルバートセルミキサー
+ DDS + PCサウンドカード
(IF)
HAM RADIO 2012
• 可変信号源
• 3つのコヒーレント受信器
• デバイス制御
• データ処理、
画像表
9
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進化と動作原理(3) 機能ブロックダイアグラム
HAM RADIO 2012 10
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進化と動作原理(4) 課題: DDS エイリアス周波数
全エイリアス周波数を同中間周波数にミックスダウン
します。 → LPFもしくは他の法の使…
HAM RADIO 2012 11
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進化と動作原理(5) CLK周波数オフセットで局発にDDSを使
全エイリアス周波数域をいたVNWA周波数帯
域の拡張が可能になります。
HAM RADIO 2012 12
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進化と動作原理(6) 結果: VNWA1
HAM RADIO 2012 13
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進化と動作原理(7) VNWA1 最初の実化
HAM RADIO 2012 14
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進化と動作原理(8) 開発ターゲット
主目的: 教育ツール
• 周波数レンジ > 500 MHz
• 連続周波数レンジ – ギャップが無いこと
• PCBでの組 / 再現性があるデザイン
• できるだけ低いコスト
HAM RADIO 2012 15
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進化と動作原理(9) 連続周波数レンジ
CLK周波数の整数倍における
ギャップ
解決策: PLLクロックマルチプライア(DDS内蔵)
によるCLK周波数の可変
HAM RADIO 2012 16
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進化と動作原理(10) 結果: VNWA2
• 周波数レンジ:
1 kHz…>1,3 GHz • ダイナミックレンジ :
>90 dB (f ≤ 500 MHz) >60dB (f > 500 MHz) S11, S21 測定
• パラレルポート経由の制御
• 外部( PC)サウンド カードでの信号処理
レイアウト: Dan Andersson M0DFI
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進化と動作原理(10) 2009年: SDR-Kits社からVNWA発売
SDR-Kits社
=
Jan Verduyn G0BBL
• 元商船官
• 元モトローラ社エンジニア
• 退社後、SDR-Kits社設
• アマチュア無線家
Halle A1 Stand E812
HAM RADIO 2012 18
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進化と動作原理(11) 市場変化からのVNWA2開発
殆どのPCがパラレルポートを持っていない
殆どの(ノート)PCのLine-In
がステレオに対応していない
HAM RADIO 2012 19
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進化と動作原理(12) VNWA2-USB
• USBインターフェース
• コントローラ
• USBオーディオコーデ
ック
• USBバスパワー駆動
PCに接続するのは
USBにケーブルのみ
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進化と動作原理(13) VNWA3: 場組
• TCXO
• クロック-PLL
の追加!!
HAM RADIO 2012 21
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進化と動作原理(14) 柔軟性があるCLK-PLLによるインターフェアの低減
VNWA2
VNWA3 は、ソフトにより更に最適化されています
VNWA3
ポートオープン、8000 Points、0.34ms/Point HAM RADIO 2012 22
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進化と動作原理(15) VNWA3のオプション
新拡張ボード: 2番目の
オーディオコーデック追加
により、S11 と S21 を同時
測定可能
VNWA3E
外部クロック対応
外部リレーをいることによ
り、VNWA3を完全動型2ポ
ートアナライザーに拡張可能 HAM RADIO 2012 23
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応例: インピーダンス測定 (1)
HAM RADIO 2012 24
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インピーダンス測定 (2) 形態 1: リターンロス測定
Zxが50 Ωに近い
ほど精度がい
Z x =50Ω・
HAM RADIO 2012 25
1+ S11
1 - S11
Cal: SOL
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インピーダンス測定(3) 形態 2: I 測定
Zxがいほど
精度がい
Cal: Thru
RXによるZx通過電流の測定
HAM RADIO 2012 26
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インピーダンス測定 (4) 形態 3: V 測定
Zx が低いほど
精度がい
RXによるZx両端電圧の測定
Cal: SOL HAM RADIO 2012 27
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RF-IV Test Head: http://www.makarov.ca/
インピーダンス測定 (5) 形態 4: RF-IV 測定
Zx値全域に渡り
良好
VとI測定の
組み合わせ
Zx
Zx =
HAM RADIO 2012 28
V
I
Cal: SOL
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インピーダンス測定(6) 測定偏差 – 形態 1 - 4
Zx値が10%増えた場合の測定結果への影響:
Zx S11 I V V/I
0.1Ω -0.04% 0.01% -9.96% 9.97%
51Ω 480.68% 3.27% -3.08% 6.56%
100kΩ 0.01% 9.08% 0.00% 9.99%
RF-IVが全般に渡り最良の感度をしています!
29HAM RADIO 2012
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100pF SMDコンデサの測定: 負荷基準が2 nHの場合の影響
Rs
Cs
Rs-エラー 約50% 実質的にCs-エラーは無し
Q測定にクリティカルな負荷モデル! HAM RADIO 2012 30
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新規: 付加的キャリブレーション基準としての低損失キャパシタ (LLC)…
この段階ではまだ正常!
エラー!
… が負荷モデルエラー を解決!!!
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時計があれば、現在何時かは常にわかることです…
HAM RADIO 2012 32
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2台時計がある場合、どちらの時間が正しいのかわかりません!
• 私が所有して
いる2台のル
ビウム基準発
振器
• 同期動作させた
場合どれだけ正
確なのでしょう
か?
33 33
1 2
HAM RADIO 2012
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応例: 周波数較 (1) VNWA3 を位相コンパレータとして使
• VNWA3による正確な位相
測定
• 位相から周波
数偏移を計算
34
VNWA3E
HAM RADIO 2012 HAM RADIO 2012
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周波数較 (2) 測定精度
• TCXOを
それ体
と較
• 1s 測定
• 約±10 µHz
の偏差!!!
3回スイープ、10 Points、0.1s / Point 35
HAM RADIO 2012
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周波数較 (3) ルビジウム1 vs. ルビジウム2、260s
偏差 = -0.0025 Hz ± 0.0003 Hz at 10 MHz
≡ 2.5 ∙ 10-10
36
HAM RADIO 2012
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周波数較 (4) VNWA測定によるAllan偏差
HAM RADIO 2012
37
10-1 5
100 5
101 5
102 5
103 5
104
Time [sec]
10-11
2
5
10-10
2
5
10-9
2
5
10-8
2
5
10-7
Allan
deviation/Frequency
[rad]
ルビジウムルビジウムルビジウムルビジウム基準基準基準基準1111とととと
基準基準基準基準2222のののの比較測定比較測定比較測定比較測定
http://tf.nist.gov/general/glossary.htm
1 2
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周波数較 (5) ルビジウム基準 vs. VNWA3 TCXO
偏差 = -3 Hz ± 1 Hz at 10 MHz ≡ -0.3 ppm HAM RADIO 2012 38
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応例: タイムドメイン分析 (1)
周波数ドメイン
タイムステップレスポンス
Cable 25 Ω
HAM RADIO 2012
オープン
39
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タイムドメイン分析 (2) クリスマツリー電球の陥箇所の特定!!
http://www.pa4tim.nl/?p=345
HAM RADIO 2012 40
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応例: キャビティ共振 (1)
HAM RADIO 2012 41
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キャビティー共振 (2)
ディップ共振モード:
3・ 108m/s
6.28・ 9.5cm
≈1209 MHz
HAM RADIO 2012 42
f = ・ 2.405J01 ≈ c0
2π r
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キャビティー共振 (3)
ディップ共振モード:
HAM RADIO 2012 43
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キャビティー共振 (4)
空 vs.
充填時
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キャビティー共振 (5)
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キャビティー共振 (6)
ロケットタンク – VNWA3による実際の測定!!
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要 約
• VNWA3は、多様性をもったテスト装置です
• プロアプリケーションも含む多様な途に適しています!
• VNWAは、5陸で使されています
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VNWA3は世界中で使されています。
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VNWA3は世界中で使されています。
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VNWA3は世界中で使されています。
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VNWA3は世界中で使されています。
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VNWA3は世界中で使されています。
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プレゼンテーション 英語監修 : OZ7OU Kurt Poulsen (デンマーク)
http://www.hamcom.dk/VNWA/
本語監修: 有限会社アイキャスエンタープライズ
SDR-Kits社本代理店
http://icas.to/