Verwenden eines Vektornetzwerkanalysators zur Lösung schwieriger Aufzugsprobleme

By David Herres | Weiterbildung | 1. Februar 2021

14 Minuten zum Lesen

David-Herres
Besitzt eine Lizenz als Elektromeister in New Hampshire und hat viele Jahre als Elektriker im Norden des Staates gearbeitet. Seit 2006 ist er als Autor tätig und hat für Zeitschriften wie ELEVATOR WORLD, Electrical Construction and Maintenance, Cabling Business, Electrical Business, Nuts and Volts, PV Magazine, Electrical Connection, Solar Connection, Solar Industry Magazine, Fine geschrieben. HomeBuilding Magazine und Engineering News-Record. Er hat auch fünf Bücher geschrieben: 2011 National Electrical Code Chapter by Chapter, Troubleshooting and Repairing Commercial Electrical Equipment, The Electrician's Trade Demystified, The HomeOwner's DIY Guide to Electrical Wiring and Elevator Troubleshooting & Repair, letzteres veröffentlicht im Jahr 2020. Er hat einen BA in englischer Literatur und Komposition vom Hobart College of Geneva, New York.
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Vektornetzwerkanalysatoren decken Inkompatibilitäten in der Aufzugselektronik auf, die häufig zu chronischen Ausfällen der Bewegungssteuerung führen. Da moderne Aufzüge mit frequenzumrichtergesteuerten Wechselstrommotoren, digitalen Bewegungssteuerungen und CAN-Bus-Sensoren arbeiten, können Fehler subtil sein und einer visuellen Inspektion entgehen. Vektornetzwerkanalysatoren (VNAs) erzeugen hochfrequente Anregungssignale und messen Amplitude und Phase. Daraus ergeben sich S-Parameter, Gruppenlaufzeit sowie Reflexions- und Transmissionsverhalten, um Fehlanpassungen, Fehler und Phasenverzerrungen entlang von Kabeln, Steckverbindern und Modulen zu lokalisieren. Die Kalibrierung vor Ort ist schnell und vor der Messung erforderlich. Obwohl herkömmliche VNAs teuer sind, bieten PC-basierte und tragbare Geräte praktische Diagnosemöglichkeiten. Smith-Diagramm- und S-Parameter-Analysen unterstützen die Fehlerlokalisierung und die Systemanpassung.

Das Gerät kann helfen, Inkompatibilitäten in Aufzugsanlagen aufzudecken, die zu chronischen Ausfällen der Bewegungssteuerung führen können.

Aufzüge aus dem frühen 19. Jahrhundert, die mehrstöckige Gebäude möglich machten, waren ältere elektrische Verteilersysteme. Diese Aufzüge waren dampfbetrieben und in Industrieanlagen weit verbreitet. Sie brauchten Dampfingenieure, Aufzugsführer und Kohleheizer, ganz zu schweigen von der Notwendigkeit, die Asche zu reinigen und zu entsorgen. Der Gleichstrommotor im Zusammenhang mit dem Traktionsaufzug war eine enorme Verbesserung. Mit ein paar einfachen elektrischen Steuerungen konnte die Rotation des Motors umgekehrt und seine Drehzahl reguliert werden, was bei einem Wechselstrommotor vor der Einführung des Frequenzumrichters (VFD) in den 1960er Jahren nicht möglich war.

Im Laufe des 20. Jahrhunderts und darüber hinaus wurden Aufzugssysteme wie Autos allmählich komplexer, wobei viele Verbesserungen zu mehr Sicherheit und Effizienz führten. Zuerst kamen automatische Kontrollen, die den menschlichen Aufzugsführer ersetzten. Dann, in den frühen 1980er Jahren, konnte der VFD die Geschwindigkeit, Richtung und das Drehmoment eines AC-Induktionsmotors steuern. Diese Motoren waren langlebiger, erforderten weniger Wartung und verursachten aufgrund ihrer bürstenlosen Natur weniger elektromagnetische Störungen. Etwa zur gleichen Zeit entwickelte sich die Aufzugssteuerung in ihrer modernen Form: ein digitaler, voll programmierbarer Computer, der mit den zentralen Brandmelde- und Sprinklersystemen des Gebäudes verbunden ist und (über zwei selbsttestende redundante Telefonleitungen) automatisch das nächste Feuer rufen kann Station oder an einem anderen bestimmten Ort, wenn Rauch im Schacht, Maschinenraum oder in der Nähe festgestellt wurde.

Wenn das Aufzugssystem ein Problem mit der Kabinentür erkennt oder eine der Flurtüren nicht sicher einrastet, wird die Stromzufuhr zum Motor unterbrochen und die Bremse wird betätigt. All dies sorgte für eine deutlich verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit, die von einem komplizierten System aus elektrischen Sensoren, Steuerungen und Aktoren überwacht wird. Die Quintessenz ist, dass, wenn etwas schief ging, der computergesteuerte Motion-Controller heruntergefahren wurde. Oft kann der Dienst nur durch Zurücksetzen des Controllers wiederhergestellt werden, dies ist jedoch nicht immer die bevorzugte Lösung, da das gleiche Problem erneut auftreten kann. Es ist am besten, herauszufinden, was schief gelaufen ist, bevor Sie den Motion-Controller zurücksetzen, obwohl dies nicht immer möglich ist. Wenn beispielsweise ein Jet abstürzt, kann die Blackbox zerstört werden; Ebenso können Daten, die einen Weg nach vorne anzeigen könnten, den Ausfall der Bewegungssteuerung nicht überleben.

Ein sinnvoller Ansatz besteht daher zunächst darin, Kabel und Komponenten visuell zu untersuchen. Sie können das Gehäuse der Bewegungssteuerung öffnen und nach verkohlten Widerständen, geschmolzenen Kondensatoren, losen Anschlüssen usw. suchen. Manchmal wird dadurch der Fehler eingegrenzt. Hat sich eine Komponente jedoch bis zum Ausfall überhitzt, bleibt die Frage: „War der Fehler intrinsisch für die Komponente oder wurde durch einen externen Fehler zu hohe Spannung oder Belastung angelegt?“ Vernachlässigen Sie auch nicht äußere Ursachen wie Umgebungswärme, Vibrationen oder überhöhte Anforderungen an das System.

Diese Art der Untersuchung kann schnelle Ergebnisse liefern, führt jedoch häufiger nirgendwo hin und erfordert einen gezielteren Ansatz. Die Verwendung von elektronischen Instrumenten ist normalerweise in Ordnung. Dies kann von einem einfachen Neon-Testlicht oder Multimeter, Oszilloskop, Spektrumanalysator und mehr reichen, einschließlich des Vektornetzwerkanalysators (VNA).

Laut der Website von Rohde & Schwarz (rohde-schwarz.com) ist der VNA einer der wichtigsten Hochfrequenz- (HF) und Mikrowellen-Ansätze. Das Unternehmen bietet eine breite Palette vielseitiger, leistungsstarker Netzwerkanalysatoren bis 500 GHz mit maximal 48 Ports. Diese Geräte eignen sich zur Analyse passiver und aktiver Komponenten wie Filter, Verstärker, Mischer und Multiport-Module.

Tektronix TTR500 VNA ermöglicht dem Benutzer Präzisionsmessungen aller Aufzugssysteme, Übertragungsleitungen und einzelner Komponenten. Es wurde entwickelt, um Reflexionskoeffizienten, Impedanz, Admittanz, Rückflussdämpfung, Einfügungsdämpfung, Verstärkung oder Isolierung zu messen. Das Gerät eignet sich unter anderem auch für Filtermessungen, Antennenanpassung und -abstimmung, Verstärkermessungen sowie HF-Kabel- und Steckermessungen.

Keysight (ehemals Agilent und davor Hewlett-Packard) stellt Netzwerkanalysatoren bis 120 GHz her, die mit Frequenzerweiterungen auf 1.5 THz erweitert werden können. Darüber hinaus bieten sie einen Handheld-VNA bis 50 GHz. Sein fortschrittlichster integrierter VNA arbeitet von 10 MHz bis 70 GHz (erweiterbar auf 1.5 THz). Es enthält drei Data Distribution Service-Quellen mit geringen Störemissionen und sehr geringem Phasenrauschen. Schaltbare Jumper auf der Rückseite ermöglichen die Signalkonditionierung von Hardware oder führen zusätzliche Testgeräte zum Prüfling, ohne dass Kabel verlegt werden müssen.

Der Vektor-Netzwerkanalysator ist ein kostspieliges Instrument – ​​teurer als ein High-End-Digitalspeicheroszilloskop oder ein Spektrumanalysator. Picotech bietet jedoch einen PC-basierten VNA an, der aus einem robusten Modul besteht, das über ein USB-Kabel mit dem PC des Benutzers verbunden wird. Mit der Software des Unternehmens nutzt das Instrument die hervorragenden Verarbeitungs- und Anzeigefähigkeiten des PCs, um schaltungsinterne Geräte, Komponenten und Übertragungsleitungen zu charakterisieren. Dies ist nützlich, um Inkompatibilitäten in Aufzugsanlagen aufzudecken, die zu chronischen Ausfällen der Bewegungssteuerung führen können.

Kalibrierung

Die Kalibrierung des Geräts unterscheidet sich von der umfassenderen Werkskalibrierung, die an empfindlichen Instrumenten wie Oszilloskop, Spektrumanalysator und VNA durchgeführt wird. Werkskalibrierungen werden in der Regel vor dem Erstkauf und anschließend einmal jährlich oder nach Bedarf durchgeführt. Sie beinhalten die Rücksendung des Geräts an den Hersteller, wo Techniker das Gehäuse öffnen und alles unternehmen, um zu bestätigen, dass das Gerät den Originalspezifikationen entspricht.

Im Gegensatz dazu wird die VNA-Feldkalibrierung vom Benutzer vor jedem neuen Messsatz durchgeführt. Sie erfolgt komplett auf Software-Ebene ohne Öffnen des Gehäuses und dauert nur wenige Minuten. Sie wird oft mehrmals täglich durchgeführt (wenn genaue Messungen erforderlich sind). Das Handbuch enthält vollständige Anweisungen.

Nach der Installation der Software auf einem PC müssen die elektrischen Verbindungen hergestellt werden. Wenn genaue Messungen erforderlich sind, sollten sowohl das PC- als auch das VNA-Modul etwa 30 Minuten lang aufgewärmt werden.

Beide Pico VNA-Modelle (6 und 8.5 GHz) werden über ein USB-Kabel mit dem vom Benutzer bereitgestellten PC verbunden. Zur Durchführung der Kalibrierung werden vom Hersteller mitgelieferte Kabel von Port 1 und Port 2 im Modul zum Prüfling geführt. Pico bietet zwei Arten von Steckverbindern an, die als „Kits“ bezeichnet werden und an die Kabel angeschlossen werden. Wenn das zu testende einsteckbare Gerät einen oder zwei Stecker hat, verwenden Sie eine Buchse mit einem männlichen Kalibrierungsset. Wenn das zu testende Gerät zwei männliche Anschlüsse hat, verwenden Sie weibliche Kabel und identische männliche Kits für beide Ports.

Öffnen Sie dann die Pico VNA-Software. Wählen Sie im Hauptmenü des PC-Bildschirms „Tools and Calibration Kit“. Klicken Sie auf „Port 1 Kit“, geben Sie die Daten dafür ein und klicken Sie auf „Übernehmen“. Klicken Sie in ähnlicher Weise auf „Load Port 2 Kit“, wählen Sie die Daten dafür aus und klicken Sie auf „Apply“. Der nächste Schritt besteht darin, ein oder mehrere Kalibrierungskits auszuwählen, die für das zu testende Gerät geeignet sind. Wenn Sie beispielsweise ein nicht einsteckbares Gerät mit weiblichen Anschlüssen testen, verwenden Sie ein einzelnes weibliches Kit für beide Ports im VNA-Modul.

Die nächste Phase im Feldkalibrierungsverfahren ist die Einrichtung von Kalibrierparametern. Klicken Sie im Hauptfenster auf „Kalibrierung“. Führen Sie dann die folgenden Schritte aus:

  1. Stellen Sie die Sweep-Parameter ein. Dies ist wie das Einrichten eines Spektrumanalysators.
  2. Übernehmen Sie die Werte.
  3. Wählen Sie die gewünschte Messung aus.
  4. Führen Sie die Kalibrierungsschritte durch.
  5. Klicken Sie auf Kalibrierung anwenden.

Die bei der Kalibrierung verwendete Bandbreiteneinstellung bestimmt maßgeblich den verfügbaren Dynamikbereich während der Messung. Wählen Sie für die höchste Geschwindigkeit 10 kHz. Kalibrierleistung auf +0 dBm einstellen. Bandbreite auf 140 kHz einstellen. Für beste Genauigkeit und etwa 100 dB im Dynamikbereich stellen Sie die Kalibrierungsbandbreite auf 100 Hz ein. Kalibrierleistung auf -3 dBm einstellen. Lassen Sie die Bandbreite während der Messung auf 100 kHz eingestellt.

Für den allgemeinen Gebrauch, hohe Geschwindigkeit, ca. 90 dB Dynamikbereich, Kalibrierungsbandbreite auf 1 kHz einstellen. Kalibrierleistung auf 0 dBm einstellen. Lassen Sie die Bandbreite während der Messung auf 10 Hz eingestellt. Um den besten Dynamikbereich zu erzielen, stellen Sie die Kalibrierungsbandbreite auf 10 Hz ein. Kalibrierleistung auf +6 dBm einstellen. Lassen Sie die Bandbreite während der Messung auf 10 Hz eingestellt.

In allen Fällen sollte die Mittelwertbildung für die Kalibrierung auf „Keine“ eingestellt werden. Der VNA befasst sich nicht direkt mit Computernetzwerken. Der Begriff ist älter als Computer. Das Instrument wurde in fortgeschrittenen Elektroniklabors verwendet, als Computer Vakuumröhrenmaschinen waren, die Reihen von vom Boden bis zur Decke reichenden Gehäusen besetzten. Unter „Netzwerken“ wurden damals elektrische Netze verstanden: im Allgemeinen Geräte, Komponenten und Übertragungsleitungen.

Der moderne VNA

Der VNA, wie er heute verwendet wird, ist ein Allzweckinstrument, das sowohl lineare als auch nichtlineare Geräte und Komponenten charakterisiert, einschließlich so unterschiedlicher Typen wie Filter, Brücken, Dämpfungsglieder, Kabel, Wellenleiter, Antennen, Dioden, Transceiver, Oszillatoren, Verstärker und Transistoren. Im Gegensatz zu vielen elektronischen Instrumenten misst der VNA nicht nur die Geräteparameter. Stattdessen liefert er ein Signal, normalerweise mit hoher Frequenz, über ein Kabel an den Eingang des Prüflings (DUT). Es sucht dann nach und misst jede Reflexion zurück durch dasselbe Kabel, ähnlich wie ein Radar oder ein Zeitbereichsreflektometer. Ein Zeitbereichsreflektometer ist ein elektronisches Instrument, das verwendet wird, um die Eigenschaften elektrischer Leitungen durch Beobachten reflektierter Wellenformen zu bestimmen. Es kann verwendet werden, um Fehler in Metallkabeln (z. B. Twisted-Pair- oder Koaxialkabel) zu charakterisieren und zu lokalisieren oder um Unterbrechungen in einem Steckverbinder, einer Leiterplatte oder einem anderen elektrischen Pfad zu lokalisieren.

Der VNA ist auch mit dem Ausgang des DUT verbunden und charakterisiert jede empfangene Antwort. Darüber hinaus kann der Benutzer durch das Umlegen eines Schalters das Instrument veranlassen, den Stimulus auf den Ausgang des DUTs anzuwenden, Reflexionen zu messen und zu charakterisieren und den Eingang zu überwachen.

Frühe VNAs nutzten einen oder mehrere separate externe AFGs, aber die zunehmende Miniaturisierung hat es den Herstellern ermöglicht, alles in einem einzigen Gehäuse unterzubringen. Vor allem führt der VNA hochgenaue Messungen der Verhältnisse von reflektiertem zu Gesamtsignal und übertragenem zu Gesamtsignal durch.

Es gibt zwei verschiedene Arten von Netzwerkanalysatoren. Der skalare Netzwerkanalysator (SNA) misst und charakterisiert nur die Amplitude, während der VNA Amplitude und Phase misst und charakterisiert. Derzeit sind VNAs weitaus häufiger als SNAs, da in der heutigen Hochfrequenzelektronik eher eine Phasenverschiebung auftritt. Es kann beabsichtigt sein (implementiert, um einen bestimmten Zweck zu erfüllen) oder unbeabsichtigt und erfordert eine Abschwächung. In beiden Fällen geht es darum, Phasenverschiebungen zu erkennen, zu messen und genau zu kategorisieren.

Fragen zur Lernverstärkung

Verwenden Sie die unten stehenden Fragen zur Lernverstärkung, um für die Weiterbildungsbewertungsprüfung zu lernen, die online unter www.elevatorbooks.com oder auf S. 108 dieser Ausgabe.

  • Wie sind Pico VNA und PC verbunden?
  • Welche Geräte kann der VNA charakterisieren?
  • Wie liefert der VNA Signale an das DUT?
  • Was ist der Unterschied zwischen einem VNA und einem SNA?
  • Wie können VNA-Komponenten ohne Schaltplan abgebildet werden?

Hochfrequenz (über den vom Netz bereitgestellten 60 Hz) und Phasenverschiebung spielen in der Aufzugselektronik in zweierlei Hinsicht eine Rolle, die für den Reparaturtechniker und den Konstrukteur wichtig sind. Diese haben mit Folgendem zu tun:

  • Der Steuerkreis für einen AC-Fahrstuhlantriebsmotor, der von einem VFD gespeist wird
  • Das allgegenwärtige Controller Area Network (CAN-Bus).

Der VFD ist ein separates Gerät, das als Reaktion auf Befehle von einer Aufzugssteuerung ermöglicht, dass ein standardmäßiger Dreiphasen-Induktionsmotor mit einer höheren oder niedrigeren als der Nenndrehzahl läuft und die Richtung umkehrt. Es variiert auch das Drehmoment des Motors und meldet den Betriebsstatus, einschließlich Temperatur und andere Parameter, an die Bewegungssteuerung zurück. All dies erfolgt über ein einzelnes Ethernet oder einen anderen Niederspannungskreis, der sich von der Hauptstromleitung unterscheidet. Diese Steuerleitung verläuft vom Motion-Controller zum VFD, einer autonomen Einheit, die sich innerhalb des Motion-Controller-Schranks befinden kann oder nicht. Wenn kein elektrischer Schaltplan verfügbar ist, kann man beginnen, die Komponenten zu kartieren, indem man den Starkstromleitungen vom Trennschalter im Maschinenraum über den VFD bis zum Drehstromantriebsmotor folgt.

Im Gegensatz zu vielen elektronischen Instrumenten misst der VNA nicht nur die Geräteparameter. Stattdessen liefert er ein Signal, normalerweise mit hoher Frequenz, über ein Kabel an den Eingang des Prüflings.

CAN-Bus ist ein serieller Bus, der im vorherigen Artikel Ihres Autors „CAN-Bus für Aufzüge“ (ELEVATOR WORLD, Juni 2017) behandelt wurde. Er wurde ab 1983 von Bosch entwickelt, einem großen internationalen Hersteller elektronischer Systeme und Komponenten, und war ursprünglich für Automobilanwendungen gedacht. Nach seiner Implementierung im Mercedes-Benz W1991 von 140 wurde er jedoch weithin in Lastwagen, Baumaschinen, Flugzeugen, Schiffen und Aufzügen eingesetzt. Die serielle Datenübertragung per CAN-Bus ist äußerst zuverlässig, kosteneffizient und tolerant gegenüber elektrischem Rauschen von externen Quellen. In der neuesten Aufzugstechnologie ermöglicht der CAN-Bus die serielle Kommunikation zwischen den vielen Sensoren, die in einer Aufzugsanlage verteilt sind, und endet am Bewegungscontroller.

Alle Sensoren und Aktoren, sogenannte Nodes, sind über Twisted-Pair-Leitungen mit 120 Ohm Wellenwiderstand an den Motion Controller angeschlossen. CAN-High- und CAN-Low-Signale werden entweder in einen dominanten Zustand getrieben oder durch Widerstände in einen rezessiven Zustand gezogen. Der dominante Zustand wird von logisch 0 und der rezessive Zustand von logisch 1 kodiert. Knoten mit niedrigeren Identifier-Nummern (IDs) haben Priorität auf dem Bus.

Bei niedrigen Frequenzen ist die Wellenlänge des durch die Leiter übertragenen Signals unweigerlich viel größer als die Schaltungslänge. Somit reichen herkömmliche Kupfer- oder Aluminiumleiter aus, um den Strom zu übertragen. Das Kabel ist so bemessen, dass es eine ausreichende Stromtragfähigkeit hat, damit Strom und Spannung zwischen Sender und Empfänger nicht schwanken.

Bei hohen Frequenzen sind die Signalwellenlängen gleich oder kleiner als die Leiterlänge. In dieser Situation sind die Leiter kein Adernpaar mehr; Stattdessen werden sie zu einer Übertragungsleitung. Das Material, das die Drähte trennt, ist nicht nur eine elektrische Isolierung, sondern eine dielektrische Schicht, wie bei einem Kondensator. Anstelle eines Elektronenflusses besteht das interessierende Signal nun aus einer Abfolge von Wanderwellen. Dies erfordert ganz andere Messgeräte.

Bei hohen Frequenzen erfordert die Charakterisierung von Netzwerken einschließlich Geräten, Komponenten und Übertragungsleitungen die Messung von Phase und Betrag. Eine Amplitudenmessung, wie sie von einer SNA durchgeführt wird, ist nicht ausreichend.

Die im VNA angezeigte Phasenverzerrung zeigt die Gruppenverzögerung, ein Maß für die Laufzeit eines Signals durch das DUT, gegenüber der Frequenz. Sie wird berechnet, indem die Phase des Signals am Eingang mit der am Ausgang verglichen wird. Jede Variation der Gruppenverzögerung führt zu Verzerrungen und zeigt sich wahrscheinlich als schlechte Leistung einer bestimmten Komponente oder Schaltung. Abweichungen von der linearen Phase und Gruppenlaufzeit werden gemessen und in der VNA-Analyse angezeigt. Die Gruppenverzögerung ist eine einfache Möglichkeit, das Vorhandensein von Phasenverzerrungen zu erkennen und zu quantifizieren.

Eine wichtige Fähigkeit des VNA ist die Charakterisierung von Hochfrequenznetzen. Einfache Spannungs- und Strommessungen an den Geräteports reichen nicht aus. Dies liegt unter anderem an der Sondenimpedanz. Außerdem können aktive Geräte schwingen oder zerstört werden, wenn Kurzschlüsse und Unterbrechungen mit ihnen verbunden sind.

Eine Lösung wurde in der Entwicklung von Streuparametern (S-Parametern) gefunden. Dies bezieht sich auf Verstärkung, Verlust und Reflexion, wie sie in Wanderwellen vorhanden sind. Diese können leicht gemessen werden. Es ist nicht erforderlich, ein aktives DUT zu gefährden, indem es einer schädlichen Last ausgesetzt wird. Außerdem können die S-Parameter mehrerer Geräte in Kaskade getestet werden. Falls gewünscht, können aus den S-Parametern weitere Parameter abgeleitet werden. Diese beinhalten:

  • Admittanzparameter (Y-Parameter) für lineare elektrische Netze
  • Hybridparameter (h-Parameter) zur Verwendung mit einem Stromverstärker
  • Impedanzparameter (Z-Parameter) zur Beschreibung des elektrischen Verhaltens linearer elektrischer Netze

Der VNA verwendet vier Abschnitte, um die einfallenden, reflektierten und übertragenen Signale zu messen. Sie sind the source für Stimuli, Signaltrennungsvorrichtungen, Empfänger, die die Signale abwärts wandeln und detektieren, und Prozessor und Display zum Interpretieren der Ausgabe.

The source liefert den Stimulus für das zu testende System. Diese besteht oft aus einer gewobbelten Frequenz. Moderne VNAs haben interne Quellen, die innerhalb des Instruments synthetisiert werden. Die Signaltrennung erfolgt im Testset. Dieser Block erfüllt zwei Funktionen:

  1. Messung eines Teils des einfallenden Signals als Referenz
  2. Trennung der einfallenden und reflektierten Wanderwellen am DUT-Eingang

Der Signalerkennungsblock kann aus einem Diodendetektor bestehen, der den HF-Signalpegel in einen proportionalen Gleichstrompegel umwandelt. Diodendetektoren, die billiger als abgestimmte Empfänger sind, bieten eine Breitbandantwort. Ihre Breitbandantwort begrenzt jedoch die Empfindlichkeit und macht sie anfällig für Störsignale einschließlich Oberwellen. Genauere Messungen werden durch AC-Erkennung erhalten.

Abgestimmte Empfänger verwenden die Heterodyn-Technologie, die die HF auf eine benutzerfreundlichere Zwischenfrequenz (ZF) heruntermischt. Der Lokaloszillator ist auf das HF- oder ZF-Signal synchronisiert, sodass die Empfänger konsequent auf das HF-Signal abgestimmt sind. Analog-Digital-Wandlung und digitale Verarbeitung extrahieren Betrags- und Phaseninformationen aus dem ZF-Signal.

Im Anzeigeprozessorabschnitt des VNA werden dem Benutzer Reflexions- und Transmissionsdaten präsentiert. Prominente Merkmale sind Markierungen; Begrenzungslinien; Bestanden/Nicht bestanden-Anzeigen; Linear- und Log-Formate; und Raster-, Polar- und Smith-Charts. Das meiste davon ist selbsterklärend, aber wir werden das weit verbreitete Smith-Diagramm besprechen, das in der VNA-Anzeige eine herausragende Rolle spielt. Das Smith-Diagramm ist ein grafischer Polarrechner, der es HF-Ingenieuren ermöglicht, Übertragungsleitungs- und Anpassungsschaltungsprobleme zu lösen.

Das von Phillip H. Smith (1905-1987) und T. Mizuhashi entworfene Diagramm wird verwendet, um elektronische Parameter wie Impedanzen, Admittanzen, Reflexionskoeffizienten, S-Parameter, Rauschzahlkreise, Konturen mit konstanter Verstärkung und Bereiche unbedingter Stabilität anzuzeigen . Heute haben softwarebasierte Methoden die physische Karte weitgehend ersetzt, aber sie erscheint immer noch in der VNA-Anzeige und ist nützlich, um die vom Instrument bereitgestellten Informationen zu organisieren. Reflexionskoeffizienten können direkt aus dem Diagramm abgelesen werden.

Um seinen Umfang herum befindet sich eine Skala, die in Wellenlängen und Grad unterteilt ist. Er repräsentiert die Entfernung entlang einer Übertragungsleitung zwischen Quelle und Last. Das Smith-Diagramm verwendet die Standardformel für den Reflexionskoeffizienten, um Gleichungen für Kreise mit verschiedenen Radien zu entwickeln. Das Smith-Diagramm ist eine Anordnung von Kreisen, die sich jeweils an einer anderen Stelle relativ zum Diagramm befinden und jeweils einen konstanten Widerstand oder eine konstante Reaktanz darstellen, die Parameter, die eine konstante Impedanz umfassen.

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Einstellen der VNA-Feldkalibrierungsparameter
Smith-Diagramm
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