Topics

aanvulling ferrietmetingen

Jos PA0JOZ
 

Goedemiddag allen,

Ik heb met belangstelling de discussie over het meten van ferrieten gevolgd.
Zelf had ik al eens zo'n test-jig a la Agilent 16454A gemaakt.
Ik kwam er achter dat de berekende mu-waarden vooral voor poederijzerkernen (met relatief lage mu) te hoog uitvallen.
Veel hoger dan de door Amidon opgegeven waarden.
Ik heb daarom het Matlabscript van PA0IBR aangevuld met de methode volgens Agilent 16454A, formule 3-13.
In mijn test-jig is de zelfinductie zonder kern ongeveer 11 nH en dat komt goed overeen met de waarde die ik bereken volgens formule 3-9.
Volgens de methode van Agilent komen de mu-waarde veel dichter bij de door Amidon opgegeven waarde, bijv. mu=10 voor type 2 materiaal.
Ook heb ik een paar proefjes gedaan met de ringkern al of niet gecentreerd in de test-jig. Ik heb wat Delrin busjes gedraaid waarmee ik de ringkernen kan centreren rond de centerpin van de SMA-connector in mijn testjig. Zoals verwacht wordt de zelfinductie iets hoger als de rinkern tegen de centrale geleider aan ligt. Dat effect is vooral zichtbaar bij ringkernen met lage mu.

Bijgaand het aangevulde Matlabscript. Het moet samen met read_touchstone.m en de s1p-files in dezelfde directory staan. Ik neem aan dat het script ook in Octave zal werken, maar dat heb ik niet geprobeerd. Verder een fotootje van mijn test-jig en een paar s1p-files.

Vriendelijke groet, 73,

Jos, PA0JOZ

Ivo PA0IBR
 

Jos, en rf-seminaristen,

Mooi te zien dat Octave/Matlab bruikbaar is.

Enkele mogelijk bruikbare kleine aanvullingen:
- het script van Jos werkt ook goed in Octave!
- de formules van Agilent staan in de ´operating and service manual´ van de 16454A test fixture, te downloaden van de website van Keysight.
- de afleiding van de formules voor de inductie van de meetkamer wordt compleet uitgelegd, heel goed verhaal en er is geen speld tussen te krijgen.
- Let op de Octave/Matlab notatie van de natuurlijke logaritme: Matlab gebruikt log in plaats van de in europa gebruikelijke Ln),  en log10 voor de 10-log.

Maar nu is er dus een nieuwe puzzel: wat veroorzaakt het verschil tussen de twee methodes?

Als ik, om een verklaring te vinden voor de verschillende resultaten,  de twee formules voor het berekenen van mu vergelijk, zit het daar niet in:
- de Agilent formule telt 1 bij mu_r op. Dat is correct, maar verklaart het grote verschil tussen de meetwaardes niet.
- de faktor A/L in de ´oude´ formule is voor alle denkbare diameters van ringkernen vrijwel gelijk aan de door Agilent gebruikte h x Ln(D/d)/(2pi). Daar zit dus ook niet de verklaring.

Daardoor krijg ik het vermoeden dat het verschil zit in de manier waarop de inductie van de lege meetkamer wordt meegenomen:
- de oorspronkelijke methode ´nult´ de lege meetkamer door de meetkamer in de calibratie van de VNA als ´short´ te zien.
- in de formule van Agilent wordt de inductie van de lege meetkamer afgetrokken van de inductie van de meetkamer-met-ringkern.

Dat lijkt beide correct te zijn - maar toch is er een flink verschil.

Wat nu erg vervelend is, is dat mijn 3 weken geleden bestelde nanoVNA nog altijd ergens in de post zit tussen China en NL.
De gelukkige bezitters van zo´n ding kunnen de proef op de som nemen en beide methodes met elkaar vergelijken.
Ik ben erg benieuwd!

73,
Ivo PA0IBR







Jos PA0JOZ
 

Beste Ivo en meelezers,

Als je in mijn versie van het Matlab-script de zelfinductie van de lege test-jig op 0 zet (dus Lss = 0), dan zijn de berekende resultaten van de twee rekenmethodes bijna gelijk. Het belangrijkste verschil is dus inderdaad de compensatie voor de "nul"-zelfinductie.
In mijn geval wordt de zelfinductie bepaald door de middenpin van een lange SMA connector met een lengte van 17 mm en een diameter van 1.3mm in een kamer met een diameter van 42mm. Formule 3-9 uit het manual van de 16454A berekent daarvoor ongeveer 11 nH en dat is wat ik ook meet (gemeten met zowel de VNWA van DG8SAQ als met een PNA-X van Agilent).
Overigens is mijn test-jig vrij laag en is mijn middengeleider dus vrij kort en in dat geval wordt het ook nog belangrijk om het referentievlak van de kalibratie van de netwerkanalyzer op de goede plaats te leggen, maar dat is iets voor een heel andere discussie. In geval van twijfel is het dus goed om de nulwaarde te berekenen uit de mechanische afmetingen van de meetkamer volgens formule 3-9.

De natuurlijke logarithme in de formule 3-7 van het 16454A manual volgt uit de integraal van (1/r).dr en die integraal komt weer uit de integrale vorm van de wet van Gauss, één van de Maxwellse vergelijkingen.

73, Jos

Ivo PA0IBR
 

Jos, Herman, groep,

De formules komen inderdaad vrijwel op hetzelfde neer, als Lss op 0 wordt gezet.
Omgedraaid kun je ook Lss toevoegen aan de oorspronkelijke formule van Herman PA0VRE, en die geeft dan ook de juiste resultaten.
Maw: aan de formules ligt het niet, die zijn allemaal in orde.

Nu vraag ik me af of de zelfinductie van de lege kamer ook gemeten kan worden (en of het resultaat dan ook overeenkomt met de berekening):
- de VNA calibreren op de normale manier, dus oa met een short
- dan de lege kamer aansluiten en de zelfinductie meten
Als de resultaten (redelijk) goed overeenkomen dan zouden we het verschil kunnen gaan zoeken in het calibratiealgoritme. Ik krijg het vage vermoeden dat het ´voor de gek houden´  van de VNA, door de meetkamer als short te gebruiken, de oorzaak kan zijn.
Normaal kun je een impedantie (of kabel, of connector, of wat dan ook) ´er uit caliberen´, maar dan wordt die impedantie wel in alle drie de calibratiemetingen (open, load, short) meegenomen. Nu doen we iets anders: we nemen de meetkamer alleen mee in de ´short´ calibratie. Hoe dit uitpakt in de correctie van de metingen door het calibratiealgoritme van de VNA zou ook (met Octave/Matlab) na te spelen zijn. Voor de liefhebbers: de formules van de in een VNA gebruikt calibratiealgoritme zijn in de Application Notes 221 en 221a van HP te vinden.

Groeten
Ivo

Robert PA0RYL
 

L.S.,

Kijk eens op dee wijze tegen het vraagstuk van de calibratie met of zonder meetkamer aan:

Wat we bij het calibreren van een VNA doen is het gebruik van een referentie van 50 Ohm.

Zx = Z/Zo

Z is de impedantie in Ohms uitgedrukt , Zo is de impedantie van een 50 Ohm load en Zx is de impedantie uitgedrukt in eenheden van Zo. Dank zij de calibratie zien we het prime center als 1,0 en niet als 50,0. Het delen door een getal komt erop neer dat we dat getal als referentie nemen.


Nu is er bij de bepaling van mu iets soortgelijks aan de hand:

mu = Zf/Z waarbij Z de impedantie is van de luchtspoel met een enkele winding en Zf de impedantie is van dezelfde spoel maar dan met een ferrietkern met permeabiliteit mu.

Volgt daaruit niet dat de referentie de impedantie inclusief meetkamer moet zijn?

vy 73

Robert, PA0RYL

On 9 Jul 2020, at 22:30, Ivo PA0IBR <ivo.brorens@...> wrote:

Jos, en rf-seminaristen,

Mooi te zien dat Octave/Matlab bruikbaar is.

Enkele mogelijk bruikbare kleine aanvullingen:
- het script van Jos werkt ook goed in Octave!
- de formules van Agilent staan in de ´operating and service manual´ van de 16454A test fixture, te downloaden van de website van Keysight.
- de afleiding van de formules voor de inductie van de meetkamer wordt compleet uitgelegd, heel goed verhaal en er is geen speld tussen te krijgen.
- Let op de Octave/Matlab notatie van de natuurlijke logaritme: Matlab gebruikt log in plaats van de in europa gebruikelijke Ln), en log10 voor de 10-log.

Maar nu is er dus een nieuwe puzzel: wat veroorzaakt het verschil tussen de twee methodes?

Als ik, om een verklaring te vinden voor de verschillende resultaten, de twee formules voor het berekenen van mu vergelijk, zit het daar niet in:
- de Agilent formule telt 1 bij mu_r op. Dat is correct, maar verklaart het grote verschil tussen de meetwaardes niet.
- de faktor A/L in de ´oude´ formule is voor alle denkbare diameters van ringkernen vrijwel gelijk aan de door Agilent gebruikte h x Ln(D/d)/(2pi). Daar zit dus ook niet de verklaring.

Daardoor krijg ik het vermoeden dat het verschil zit in de manier waarop de inductie van de lege meetkamer wordt meegenomen:
- de oorspronkelijke methode ´nult´ de lege meetkamer door de meetkamer in de calibratie van de VNA als ´short´ te zien.
- in de formule van Agilent wordt de inductie van de lege meetkamer afgetrokken van de inductie van de meetkamer-met-ringkern.

Dat lijkt beide correct te zijn - maar toch is er een flink verschil.

Wat nu erg vervelend is, is dat mijn 3 weken geleden bestelde nanoVNA nog altijd ergens in de post zit tussen China en NL.
De gelukkige bezitters van zo´n ding kunnen de proef op de som nemen en beide methodes met elkaar vergelijken.
Ik ben erg benieuwd!

73,
Ivo PA0IBR