Kalibrierung (50 kHz bis 900 MHz) für Platz C0

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Die SMA – Kabel auf die beiden RF - Ports (CH0 und CH1) dauerhaft aufschrauben.

NanoVNA starten – ist ja jetzt aufgeladen – also den kleinen Schiebeschalter nach rechts schieben und schon erwacht das Display.

Viel zu viele verwirrende Kurven. Diese reduzieren wir auf das Notwendigste.

1: Start Meßbereich   2: End Meßbereich

3: Marker, farbig       4: Statusanzeige

5: Aktuelle Meßung    6: Meßfrequenz

7: Smith Chart                        8: Batteriestatus 

Das Hauptmenü starten (= einmal über den Schirm wischen), oder den MF-Schalter leicht drücken. Das Menü erscheint rechts.

a)      Oben sollte „DISPLAY“ stehen. NEIN ? Dann unten auf „BACK“  oder „CONFIG“ tippen bis oben „DISPLAY“ steht. Dort drauf tippen und „TRACE“(Spur) steht oben. Auf „TRACE“ tippen  und „TRACE 0“(Spur 0), wählen. Nach erneutem Wischen geht es wieder zu „BACK“. Dann tippen wir auf „FORMAT“ und hinterher auf „LOGMAG“. Eine gelbes Kurven-Gezappel erscheint.

b)     Gleiches Spiel nun für (Spur 1) TRACE 1: BACK / DISPLAY / TRACE / TRACE 1 wählen. Dann „BACK“ und (ggf. noch über FORMAT auf LOGMAG einstellen). So sollte der Bildschirm nun aussehen. CH 0 = gelbe Kurve = S₁₁ CH 1 = blaue Kurve = S₁₁. Nur gelbe und blaue Kurven sollten zu sehen sei. Wenn mehr, dann unter „FORMAT“ alle anderen, wie „SMITH“, „PHASE“ wegdrücken.

c)     Wir wollen die Start – Stopp-Einstellung 50 kHz....900 MHz. Grundeinstellung ….

d)     Die Kalibrierung beginnt mit einem RESET, der alle alten Kalibrierungen löscht: Im Hauptmenü (...das mit „DISPLAY“ beginnt), suchen wir nach CAL. Darin drücken wir auf „RESET“. Im CAL-Menü findet sich auch CALIBRATE „CAL“. Damit öffnet sich eine Liste, die mit „OPEN“ los geht. Wir schrauben mit der SMA - Kupplung (Female / Female) dem SMA - OPEN-Stecker auf das Ende des Kabels von Channel CH0. Ein Klick auf OPEN löst die Kalibrierung aus und schon geht es mit dem SHORT weiter. Also das „OPEN“  ab- und den „SHORT“ auf die Kupplung aufschrauben. Bitte auf das grün markierte Feld „SHORT“ tippen. Dann „SHORT“ entfernen und durch den „LOAD“ ersetzen. Erneut wird durch einen Tipp auf „LOAD“ kalibrieren.

e)     Jetzt auf beide Kabelenden, beide Eingänge CH0 und CH1 mit 50 Ω abzuschließen. Also brauchen wir für Channel CH1 noch einen weiteren Female – Female – SMA - Adapter sowie einen weiteren Abschlusswiderstand. Nur so holt man auch das letzte Quäntchen Genauigkeit heraus.

Es folgt die Kalibrierung der ISOLATION beider Kanäle. Dazu bleiben CH0 und CH1 unverändert mit 50 Ω abgeschlossen. „ISOLATION“ drücken.

Die letzte Aktion ist THROUGH.

a)     Dazu werden die Abschlusswiderstände entfernt und beide Kabelenden über den Female – Female – Adapter verbunden. Ein Klick auf „THROUGH“ schließt die Kalibrierungsprozedur ab.

b)     Schnell noch auf „DONE“ drücken und mit „SAVE 0“ im Speicherplatz C0 ablegen. Jetzt können wir mit der Messung beginnen. Am linken Bildrand soll jetzt untereinander C0 / D / R / S / T / X stehen. Ab ‚D‘ sind dies die durch eine Kalibrierung ermittelten „Error Terms“ = Fehlerbedingungen. Sollte komplett sein und signalisiert uns „Alles OK“. Kümmern wir uns nicht weiter drum!

C0 (= default calibration data)          Standard Kalibrierungsdaten

D  (= Directivity)                                Richtwirkung

R  (= Reflection Tracking)                 Reflexionsverfolgung

S  (= Source Match)                           Quellenübereinstimmung

T  (= Transmission Tracking)             Sendungsverfolgung (DHL ?)

X  (= Isolation)                                               Isolation

Was ist denn nun S₁₁ und S₂₁ ???  … und LOGMAG???   … und S-Streuparameter???

S-Parameter S₁₁ :  Es handelt sich um eine Reflexionsmessung … Aha, Stehwellenmessgerät! … „Aua“ … na ja, lassen wir mal gelten …

Wie vorher angedeutet … Der NanoVNA sendet ein ihm in Betrag (Magnitude) und Frequenz bekanntes Signal in das Testobjekt (DUT = device under test). Das kann eine Antenne sein, ein Filter, eine Leitung und oder sowas. Im Falle einer Fehlanpassung, auf 50 Ohm bezogen, wird ein Teil des Betrages zum NanoVNA reflektiert; außerdem die Phasenverschiebung zwischen gesendeter und reflektierter Welle gemessen. Es handelt sich also um eine Reflexionsmessung (S-Parameter S₁₁ ). Der NanoVNA scannt dabei den gesamten gewählten Frequenzbereich und stellt die Messung optisch dar. Auf der Linie (Kurve) sitzt ein kleines Dreieck. Ein Marker! Diesen können wir mit leichten Rechts- oder Linksdruck auf den MF-Schalter verschieben. Oben rechts im Display sehen wir die Frequenz und zugehörigen Meßwerte zur Markerposition.

Besitzt das Messobjekt (DUT) nur einen einzigen Anschluss (Beispiel: Antenne), so spricht man von einem 1-Tor (1-Port). An einem 1-Tor ist ausschließlich eine Reflexionsmessung möglich! Sie stellt die klassische Anpassungsmessung dar.

LOGMAG - Bei S₁₁-Messungen ist dies der Rückflussverlust und wird in dB gemessen. Bei passiven Netzwerken ist dies immer ein negativer Wert. Antenne ist ein passives Netzwerk.

….

Machen wir gerade mal einen Versuch .!.! Unsere erste Messung, los los ….

Schnell was zum Messen bauen … ein Dipol für 2m … ja, der passt ins Shack, oder habt ihr eine HB9CV da rumliegen? 2m Dipol = 2 x 53 cm 1,5mm² Schaltdraht und ~5m RG58 oder was da so rumliegt. Koaxkabel mit Adapter anschließen an das Kabel von CH0 mit der SMA-Buchse ….. jetzt messen.

Aber!

Wir wollen ja die 2 MHz des 2m Bandes nicht in dem Bereich 50 kHz bis 900 MHz suchen. Deshalb stellen wir den Meßbereich des NanoVNA auf 143 MHz bis 147 MHz ein. Rechts auf den kleinen Bildschirm tippen, es erscheint das Menü und oben sollte Display stehen. In der Mitte steht STIMULUS. Drauf tippen! Wir finden Menüpunkt CENTER und tippen drauf.

Upps, da erscheint ein numerisches Keypad! Da tippen wir 145 und ‚M‘ für MHz ein. Upps, Keypad weg! Also wieder rechts auf das Display tippen und dann SPAN = Spannweite wählen. Jetzt 2 ‚M‘ (2 MHz) eintippen. Was soll dies?
Na ja, wir haben jetzt den Meßbereich 145 MHz gewählt plus/minus 2 MHz von der Mitte aus. Also messen wir von 143 MHz bis 147 MHz. Da sollten wir unseren 2m Dipol finden.
Mit CENTER und SPAN können wir für jeden Bereich die Mittenfrequenz plus Meßbereich festlegen.

Jetzt wollen wir noch festlegen was wir denn messen wollen.

LOGMAG (return loss - Rückflußdämpfung) bietet sich an, hier     gucken .. .de.flukenetworks.com/knowledge-base/dtx-cableanalyzer/return-loss-measurement-and-testing

Und natürlich wollen wir das SWR sehen. Ja, können wir in einer Meßung machen … dann los ..

Tipp rechts auf die Anzeige, dort BACK oder so tippen bis DISPLAY oben steht. DISPLAY tippen und dann TRACE tippen. Wir wählen TRACE0, wir dann gelb unterlegt. Alle anderen TRACE tippen bis diese nicht mehr farbig sind. Unten BACK tippen, dann FORMAT tippen und LOGMAG wählen. Dann BACK, TRACE und TRACE1 tippen. Wird blau unterlegt … dann BACK, FORMAT und dort SWR tippen. Ja, das war’s. Auf dem kleinen Bildschirm seht ihr oben in gelb … CH0 LOGMAG – 18 dB (z.B) und rechts CH1 SWR 1.?   … oder so etwas. Links am Rand auf den Linien sitzen so kleine Dreiecke. Dies sind Marker die mit leichtem Rechts- oder Linksdruck auf dem MF-Schalter bewegt werden können. Ihr seht dann auch oben rechts die genaue Frequenz der Meßung. Ehhh, schick was ?!

Was sagt und das LOGMAG = Rückflußdämpfung? Logarithmus des Absolutwerts des Leistungs-Messwerts: in dB (log₁₀) … Huch?           “Return Loss“, S₁₁ auch als S-Parameter bezeichnet. Bei passiven Elementen wie Antenne, Filter usw. immer negative (dB). S₁₁ zeigt wieviel Leistung von der Antenne reflektiert wird, als Reflexionskoeffizient γ(Gamma) bezeichnet.

Beispiel:        Logmag S₁₁ = -18 dB         … alles Log₁₀

 _{^{y(Rl) = 18dB --> Y = 10 * log(10) 18db/10 = 10 1,8 = ~63 ...}} 

Taschenrechner: bei log(10) einfach den Exponeten 18/10 = 1,8 …

Wird dann zu 10^1,8 tippe 1,8 in den Taschenrechner und dann tippe auf die Funktion 10^x  Ergebnis = 63~

Bei 100 Watt vorwärts 100W/63 = 1,59 Watt Return Loss (Verlust) …. oder man guckt einfach in die Tabelle, so wie ich es mache, hi.

Tabelle „Return Los“ auf der nächsten Seite ……    

Ende Teil 2 …. Es geht aber weiter mit Teil 3 …. In ein paar Tagen …

 _{Anm. Leider ist die Formatierung beim Kopieren in einigen Teilen des Dokumentes verlorengegangen, sri  beim download aber alles ok  (Uwe DF9YW)}

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In diesem Bild sehen wir den Weg für alle Einstellungen zu den gewünschten Messungen. Im Teil 2 haben wir dies alles Stück für Stück textlich beschrieben. Die Kästchen hier zeigen das jeweilige Menü welches wir rechts am Rand des NanoVNA sehen und die Reihenfolge der zu wählenden weiteren Schritte. Guck mal CAL und hangele Dich durch. Ist doch einfach!   Dies nur einmal zur Übersicht erwähnt. Kann man ausdrucken und zur Arbeit mit dem NanoVNA daneben legen. Nach ein paar Übungen erspart es einem das Herumblättern im Script. Ich kann mir bei Einstellungen zu verschiedenen Messungen auch nicht alle Schritte merken.

Im Teil 2 haben wir ja eine erste Messung (2m Dipol o.ä.) durchgeführt. Wir haben LOGMAG – S₁₁ und SWR gemessen. Dies ist eine der häufigsten Messung die durchgeführt wird.

Zur Vertiefung wollen wir diese Messung etwas auf die Spitze treiben. Wir messen einmal unsere vorhandenen Antennen. Egal ob dies auf KW, VHF oder UHF ist. Bei Mehrbandantennen können wir einzelne Bänder, oder alle Bänder anzeigen lassen. Egal ob Yagi oder Ground-plane. Auch ein mit Tuner abgestimmtes Band können wir messen. Nicht erschrecken … mit Tuner abgestimmte Antennen erscheinen sehr schmalbandig … nach dem Wechsel der QRG wird ja neu abgestimmt. Hier geht es um Übungen um in der Anwendung des NanoVNA firm zu werden. Ich hoffe wir können die Ergebnisse dieser Messungen dann einmal auf 145.575 MHz diskutieren. Wer jetzt schon einen NanoVNA hat kann sofort mitmachen, die YL/OM’s die dieses Wunderding erst unter dem Weihnachtsbaum haben, steigen später ein.

Wie bereits erwähnt, … der NanoVNA hat 101 Abstimmschritte. Bei der Grundkalibrierung haben wir diese von 50 kHz bis 900 MHz durchgeführt. Jetzt wollen wir die Kalibrierung für den von uns gewünschten Messbereich durchführen. Zum Beispiel für eines unserer KW-Bänder. Nehmen wir das 15m Band mit großzügig, sagen wir 20 MHz bis 22,5 MHz. Wir wollen ja auch sehen wie es an den Bandgrenzen aussieht. Also immer den Messbereich etwas größer wählen. In diesem Fall sind es 2,5 MHz. Teilen wir dies durch die 101 Kalibrier-Schritte, dann haben wir alle 24,75 kHz einen Messpunkt.             …. Los geht’s …

Vorschlag von Werner DF8XO:

Es wäre also sinnvoll, die Kalibrierung jeweils für  einem schmalen Frequenzbereich durchzuführen. Da der VNA nur über 4 Speicherplätze für die Kalibrierung verfügt, können die verwendeten Frequenzbänder entsprechend aufgeteilt werden und somit die Messgenauigkeit erhöht werden.

Vorschlag:

Speicher 0         1,5 Mhz  bis 9,5 MHz

Speicher 1         9,5 MHz bis 30 MHz

Speicher 2       143.500 MHz bis 146,400 MHz

Speicher 3       429,500 MHz bis 440,500 MHZ

Kalibrieren: Jetzt erst einmal speziell für ein einzelnes Band.

Einschalten, einmal auf MF-Schalter tippen oder rechts auf den NanoVNA Screen tippen. Natürlich mit einem gummierten Stift oder den Bleistift mit dem Radiergummi oben drauf.

Jetzt erst einmal unsere Bandfrequenzen, bzw. den Scanbereich unserer Messung einstellen.

Auf dem Menü sehen wir oben DISPLAY und in der Mitte STIMULUS. Bitte STIMULUS und danach CENTER tippen.  --- seht ihr auch im Strukturdiagramm --- NUM-Keypad erscheint …

Im NUM-Keypad geben wir 21.25 und ‚M‘ ein. Dann wieder rechts auf den Screen tippen um das Menü zu sehen. Dann wieder STIMULUS und dann SPAN tippen. Jetzt im NUM-Keypad 1.25 und ‚M‘ eintippen. Damit haben wir 21.250 MHz +/- 1.25 MHz als Scanbereich festgelegt, also 20.0 MHz und 22.5 MHz …. Wir wollen ja etwas über die Bandgrenzen hinaus gucken. Fertig ist die Frequenzeinstellung für die Bandkalibrierung auf 15m.

Nach diesem Schema kann jedes gewünschte Band eingestellt werden bevor wir die Kalibrierung vornehmen und anschließend die Messungen.

…. Also DISPLAY wählen und dann CAL tippen … dann CALIBRATE tippen … jetzt nach Schema ff .. die Kalibrierung durchführen … in Teil 2 beschrieben … OPEN, SHORT, LOAD, ISOLATION und THROUGH … wenn noch kein zweiter 50 Ohm LOAD vorhanden ist, dann hören wir hier auf und machen DONE und SAVE 1. Über RECALL 1 können wir uns diese Kalibrierung für 15m wieder laden und messen.

Ja, wenn da nicht noch was wäre!!! Einstellen was wir messen und wo anzeigen wollen !!!

1.      Zurück … DISPLAY … tippen … TRACE … tippen … TRACE0 … tippen   ?????

Dies ist Spur0 (Null) oder Linie0 auf der Anzeige, TRACE0 ist gelb! Merkt es Euch einfach … Dann BACK und … FORMAT tippen. Bei FORMAT entscheiden wir was wir messen und anzeigen wollen. Ich schlage vor wir tippen auf LOGMAG, die Reflexionsverluste.

Unter FORMAT können wir die Messungen wählen, - LOGMAG – PHASE – DELAY –SMITH – SWR - -- MORE

Unter MORE können wir weiter wählen, -POLAR – LINEAR – REAL – IMAG – RESISTANCE –REACTANCE - ….. welche Messung für uns interessant sind sehen wir in späteren Beispielen.

Zurück zu DISPLAY … TRACE … tippen … TRACE1 … tippen … ist blaue Linie …  Dann BACK und … FORMAT tippen. Bei FORMAT wählen wir jetzt SWR. Ist die Antenne angeschlossen, sollten wir folgendes Bild sehen …