Uwaga: Na forum proszę rejestrować się pełnym znakiem, inne nicki będą blokowane. Następnie należy się przedstawić pisząc kilka słów o sobie, swoich zainteresowaniach...
 | Strona: 1 / 1 strony: [1] |
Ekstrakcja indukcyjności bądź pojemności z pliku S1PUżycie VNA do pomiarów cewek i kondensatorów |  |
| | | | SQ1GQC | 06.05.2020 20:09:45 | 
Grupa: Użytkownik
Posty: 368 #5455356
Od: 2014-2-18
| Nie dorobiłem się nigdy przyzwoitego w moim mniemaniu mostka RLC. Takie, na które mnie stać nie oferują mi wartości dodanej, gdyż pracują na częstotliwościach które mnie nie interesują. Na takie które potrafią pracować na częstotliwościach mnie interesujących mnie nie stać. Ale pojawia się czasami potrzeba dokładnego określenia indukcyjności i dobroci cewki. Potrzebuję aktualnie zmierzyć wpływ ekranowania cewki na jej parametry (L, Q), aby na podstawie takiego prostego modelu skorygować parametry syntezowanego modelu pasywnego układu w którym zastosuję tę cewkę. Nim przystąpię do zasadniczego zadania postanowiłem stworzyć sobie "wehikuł" matematyczny w postaci arkusza kalkulacyjnego, który to zadanie mi ułatwi. Pomiaru postanowiłem dokonać za pomocą wektorowego analizatora obwodów. Po fixturingu i kalibracji zapiszę plik *.S1P obejmujący interesujący mnie zakres częstotliwości i z niego wyekstrahuję indukcyjność i dobroć. Aby przebadać słuszność założeń nawinąłem na szybko cewkę z rdzeniem powietrznym, 6 zwojów drutu miedzianego 1,5 mm^2 na średnicy ~5 mm i przylutowałem do gniazdka SMA. Jest to próba mająca potwierdzić słuszność założeń, więc jako nieistotne uznałem przesuniecie płaszczyzny kalibracji i pominiecie deembedingu. Przy przeprowadzeniu docelowego pomiaru kiedy będę miał na biurku płytkę obudowę i docelowe cewki oczywiście tego nie zaniedbam.
Pomiaru dokonałem za pomocą jednego portu, czyli mierzyłem impedancję układu szeregowego RL pomiędzy portem 1 a masą, gdzie L reprezentuje indukcyjność a R straty mające wpływ na dobroć. Rachunków dokonałem w Libre Office z zastosowaniem rachunków na liczbach zespolonych. Wiadomo jak wygląda na wykresie Smitha cewka. Część rzeczywista zespolonej impedancji reprezentuje rezystancję natomiast część urojona reaktancję indukcyjną.
Wynik zapisałem z postaci pliku *.S1P i zaimportowałem do arkusza.
TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ LINKI » DARMOWA REJESTRACJA
Zawartość pliku *.S1P należy wkleić w trzech pierwszych kolumnach. W zależności od ustawień językowych może być konieczna zamiana kropek na przecinki. Pierwsza kolumna to częstotliwość (w GHz), druga gamma (wartość bezwymiarowa), trzecia to faza w stopniach. W polu F3 należy wpisać impedancję wzorcową do której odnoszą się pomiary parametrów rozproszenia (domyślnie 50 OHm). Ponieważ arkusz może służyć do analizy cewek, rezystorów i kondensatorów na podstawie przebiegu ich impedancji w zależności od częstotliwości w polu F2 wpisujemy wartość rezystancji rezystora o ile analizujemy rezystor. Pozwala to w kolumnie "O" odczytywać stosunek modułu impedancji do rezystancji rezystora. Przy pomiarach cewek i kondensatorów ta kolumna jest nieistotna. Kolumny H i J rozkładają S11 na część rzeczywistą i urojoną. W kolumnie J tworzona jest wartość zespolona S11. W kolumnie K obliczana jest impedancja zespolona. W kolumnie L wyznaczana jest zespolona impedancja układu, a kolumny M i N to faza tej impedancji w radianach i stopniach. Dalej wspomniana wcześniej kolumna O istotna dla rezystorów. Kolumna P to część rzeczywista impedancji czyli rezystancja a kolumna Q to część urojona czyli reaktancja (pojemnościowa bądź indukcyjna). W kolumnie R na podstawie reaktancji i częstotliwości wyznaczana jest indukcyjność w Henrach dla cewek i rezystorów (pomijana dla pomiarów kondensatorów). Kolumna S to indukcyjność w nH. W kolumnie T wyliczana jest dobroć cewki jako stosunek reaktancji do rezystancji. Kolumny U, V, W to w przypadku pomiaru kondensatora pojemność w F, pojemność w pF i stratność kondensatora (tangens kąta strat) jako stosunek rezystancji do reaktancji. Oczywiście kolumny U, V, W do pominięcia jeśli analizujemy rezystor bądź cewkę.
Wyniki wyglądają w mojej opinii sensownie. Jakie ograniczenia ma taka metoda pomiaru? Przede wszystkim VNA dobrze i dokładnie radzi sobie z impedancjami niezbyt wiele różniącymi się od jego wzorcowej impedancji. Szacuję, że z dużym poziomem ufności można traktować wyniki pewnie gdzieś do 500 Ohm. W tym wypadku to jak najbardziej w zakresie zastosowania tej cewki. Tej wielkości cewka ma zastosowanie w układach pewnie w zakresie 50-150 MHz, gdzie moduł jej impedancji zmienia się od 20 do 80 Ohmów. Prosty model bez innych elementów pasożytniczych sprawdza się daleko od rezonansu własnego ale do takiego zastosowania mi tutaj był potrzebny.
A może ktoś się pokusi o wykonanie podobnych pomiarów za pomocą jakiegoś prostego VNA (nano...)? Jakie są granice zastosowania jego układu pomiarowego jeśli chodzi o zakres impedancji? Gdzieś chyba widziałem w którymś programie obsługującym proste VNA wprost kursor odczytujący indukcyjność czy pojemność. Zresztą można nie liczyć tego w arkuszu tylko spojrzeć na kursor na wykresie Smitha gdzie wprost mamy podaną rezystancję, reaktancję i częstotliwość czyli cały prosty model elementu. Wystarczy wyliczyć pojemność czy indukcyjność z reaktancji i częstotliwości, co było chyba nawet w podstawowym kursie fizyki w zakresie szkoły średniej.
_________________
Paweł | | | | | Electra | 13.12.2024 17:30:16 | 
 |
| | | | | sq9sat | 07.05.2020 03:36:29 | Grupa: Użytkownik
Posty: 9 #5455448
Od: 2018-3-1
| Cześć!
Czy tego typu prosty model cewki jest wystarczający do późniejszych prac? Czy używasz potem do obliczeń zastępczej indukcyjności na danej częstotliwości - w przypadku systemów szerokopasmowych trzeba by użyć pewnie całej tabeli indukcyjności.
Ja w symulacjach przywykłem używać modeli od Coilcrafta, Qucs Studio implementuje je natywnie, w LTSpice trzeba się trochę nabawić: https://www.coilcraft.com/modelsltpice.cfm
Może by tak jeszcze fitowanie danych pomiarowych do modelu matematycznego celem późniejszej łatwiejszej symulacji?
| | | | | SQ1GQC | 07.05.2020 13:27:40 |
Grupa: Użytkownik
Posty: 368 #5455558
Od: 2014-2-18
Ilość edycji wpisu: 1 | W moim zastosowaniu powinien taki model być wystarczający. Chcę w przypadku tego projektu zadziałać w myśl paradygmatu "hardware in the loop". Układem jest piątego rzędu filtr pasmowo przepustowy w topologii sprzężonych rezonatorów o identycznych cewkach z aproksymacją zakładającą maksymalną płaskość w paśmie przepustowym z rezonatorami sprzężonymi pojemnościowo. Pasmo 92 do 96 MHz. Zakładam zastosowanie identycznych cewek powietrznych o tolerancji 2% Coilcrafta typu 2222SQ-90N. Syntezę i analizę filtru przeprowadzam w Ansoft Designer. Oglądałem oczywiście model z linią transmisyjną dostarczony przez Coilcrafta dla tej cewki, ale warunki fixturingu w moim układzie różnią się od tego, dla którego Coilcraft dokonuje pomiarów. Ideą przyświecającą wymyślonej metodologii jest możliwość precyzyjnego zsyntezowania filtru o dobrych właściwościach i powtarzalnego bez zastosowania elementów przestrajanych. Wymyśliłem to tak, że jako pierwszą aproksymację zsyntezuję filtr o zadanych parametrach z zastosowaniem indukcyjności i dobroci katalogowej podanych cewek. W następnym kroku jako fixture użyję mojej płytki zaprojektowanej do tego filtru w której zamontuję tylko jeden rezonator. "Wybuduję" (deembed) ze zmierzonych parametrów odcinek linii transmisyjnej od gniazda wejściowego do cewki poprzez przesunięcie płaszczyzny kalibracji do granicy tej cewki. Jedną z płytek poświęcę na kalibrację planarnym kitem kalibracyjnym stworzonym ad-hoc w miejscu styku wyprowadzenia cewki z linią transmisyjną. Mając w jednym z VNA możliwość pomiarów w dziedzinie czasu (TDR) jestem w stanie dość dokładnie określić model linii transmisyjnej do krawędzi płaszczyzny kalibracji. Teraz dokonam dwóch pomiarów indukcyjności i dobroci stosując mój arkusz - bez obudowy i w obudowie sprawdzając zmianę parametrów oraz korelację z teoretyczną symulacją. Wrócę z danymi z pomiarów w obudowie do symulatora i zsyntezuję wartości pojemności dla rzeczywistych zmierzonych wartości L i Q. Po tym zajmę się poszukiwaniem równoległej pojemności modelu cewki stosując równanie Thomsona (f=1/(2*Pi*SQRT(L*C))). Dołączę znany kondensator i na podstawie różnicy pomiędzy teoretyczną częstotliwości rezonansu a zmierzoną faktyczną częstotliwością wyznaczę wypadkową pojemność równoległą cewki i mojej płytki i obudowy. Z tymi wynikami wrócę znowu do symulatora i określę ostateczne pojemności kondensatorów równoległych i sprzęgających rezonatory. Przesymulowany wynik porównam ze zmierzonym ostatecznie DUT. Cewki jak wspomniałem Coilcraft, jako kondensatory ATC600S o małym kącie strat i niskim ESR. Interesuje mnie jak bliską korelację można w tym wypadku uzyskać pomiędzy symulacją a wynikiem faktycznym. Płytki są już w drodze, niebawem obudowy cewki niedługo zamówię. Wynikami się pochwale w osobnym wpisie o ile oczywiście nie wykażą totalnego bankructwa tej idei
EDIT: Tak sobie myślę, że skoro mam mechanizm ekstrakcji modelu, kiedy dotrą płytki jestem w stanie zrobić fixture z wybudowaną linią transmisyjną, to czemu nie spróbować by zrobić własnych cewek? Nawinę srebrzanką fi 0,8 mm 5 zwojów na wiertle fi 4,5 mm na długości 6 mm i powinno to dać około 90 nH. Nie spiesząc się jestem chyba w stanie tak rozciągnąć lub ścisnąć zwoje aby wszystkie 5 sztuk były od siebie nie dalej niż 2%? Dużo, nie dużo ale jedna 2% cewka Coilcrafta to 9,5 PLN netto w Mouserze. 10 cm srebrzanki 0,8 mm kupionej na allegro, to 15 groszy...
_________________
Paweł |
 | Strona: 1 / 1 strony: [1] |
| << Pierwsza | < Poprzednia | Następna > | Ostatnia >> |
| Aby pisac na forum musisz sie zalogować !!! |
|