Очередной КСВ-метр
По ширине полоски нашел калькулятор, для fr4 поставил диэл.проницаемость 4.5 на высокой частоте.
www.pasternack.com/t-calculator-microstrip.aspx
Получается, что важна ширина центральной полоски, которая влияет на волновое сопротивление из-за нижнего слоя фольги.
А зазор между полоской и окружающей землей меньше влияет, потому что толщина полоски мала.
www.pasternack.com/t-calculator-microstrip.aspx
По калькулятору MICROSTRIP получается:
Толщина диэлектрика 1.60 - (0.035*2) = 1.53мм
Диаэл.проницаемость на ГГц 4.45
Полоска 3.00 * 0.035 мм.
Zo полоски относительно нижнего слоя фольги 49.
STRIPLINE
www.pasternack.com/t-calculator-stripline.aspx
Но в реальность всё выглядит:
Получается, нужно считать как КОПЛАНАР!
chemandy.com/…/coplanar-waveguide-with-ground-calc…
microwaves101.com/…/864-coplanar-waveguide-calcula…
Рассчитал полоску как копланар с подложкой, на 50 Ом.
Смущает, что тонкие земли проходят под смд-компонентами.
В СВЧ обычно землю вообще вытравливают, только периметр оставляют и прошивают.
Полезный апнот www.cypress.com/file/136236/download
Копланар не получается.
Ширина земли должна быть минимум 5*W, где W - ширина полоски. Из-за компонентов вторая земля слишком узкая.
Переделал на микрострип. Рекомендуют расстояние G от микрополоски до боковой земли G = 15 * h + (h\W) + (20\Er) или хотя бы G > 1.5*W.
Микрополоска 3мм, значит, до боковой земли должно быть хотя бы 5мм. Если зазор мал, то вырождается в копланар.
---------------------------------------------
Рекомендации (спорно)
0. делай микрострип шириной W, если зазоры 1.5 W, а лучше G = 15 * h + (h\W) + (20\Er) (см. pdf)
- делай полоску - копланар на 50 ом шириной Х мм, но каждая земля сбоку должна быть шире 5*Х мм (см. pdf)
- via каждые 1\12 длины волны.
- все земляные полоски нужно осаживать на землю с виа и у разъемов, чтобы токи не растекались
- у разъемов делай виа и сливай всю землю к разъемам
- землю лучше сажать МАХ близко к элементам (виа прямо у элемента)
- периметр делай с виа
- вдоль сигнальной полоски делай много виа
- зазоры вдоль сигнальной полоски должны быть везде постоянные, без провалов и остряков
- компоненты лепи прямо на сигнальную полоску без всяких отводов
- рядом с полоской не проводи другие сигналы
- нижний слой - цельная медь без разрывов!
- питаюшие и земляные дорожки МАХ короткие, лучше виа
Микрополоска (зазоры до земель маловаты…)
Вариант с ко-планаром и плотным монтажом.
Остановился на таком варианте.
Конденсаторы 1nF, чтобы 433Мгц проходили.
Смещение для диода пока не делал, какую головку (мкА?) брать, пока не знаю.
Жду компоненты из Китая.
Эквивалент нагрузки 18ГГц 50R SMA жду.
Неясен вопрос насчет экрана, он повлияет на мост. Но мост без экрана должен ловить помехи и выдавать ложный ток.
Но настройку на нулевой ток с эталоном 50 Ом придется делать, подгибая полосочку у эталонного плеча моста. А экран собьет это…
По смещению диода.
Используется bat62-03w.
При комнатной температуре он стартует от 200мВ!
Значит, нужно смещать.
Смоделировал смещение диода (в Мультисиме только такой доступен).
Примерно 2мкА и 200мВ.
2 резистора по 10к в мосте, 3к - это сопротивление микроамперметра.
Маленький переменный резистор под отвертку, батарейка 1.5В.
Головка не разборная, поэтому придется шкалу клеить поверх стекла.
Выставлю по оригинальной шкале около 2мкА ток смещения, в том месте напишу “1” на шкале КСВ.
Головка будет и ток контролировать (вдруг что…), и КСВ.
Нашел микроамперметры ЭА2232А по 100р новые с хранения.
Нашел крайне неприятную особенность КСВ-метра.
Сделал в Мультисим 14 схему, все номиналы и компоненты оригинальные.
Итак, чем больше мощность входного сигнала, тем больше мкА на определенной выходной нагрузке, это с учетом “подкручивания” переменного резистора на бесконечность.
Выглядит так:
На вход даем амплитуду 1В, 2В, 4В.
Крутилкой выставляем 50мкА на головке при замкнутом Zo=0 (КСВ=бесконечность). Т.е. нормализуем шкалу каждый раз.
Подключаем Zo=75R.
При 1В получаем 0.8uA
При 2В получаем 3.2uA
При 4В получаем 5.5uA
Т.е. на шкале головки нельзя поставить метку КСВ=1.5 , хотя шкала каждый раз нормировалась (бесконечное КСВ выставлялось на 50мкА).
- или Мультисим врет
- или я неправильно что-то моделирую
- или что-то иное
PS я пробовал каждый раз нормализовать шкалу и потом давать ток смещения 2мкА.
Малые значения КСВ стали определяться! Например, КСВ 1.1 дал 1.4мкА, что легко отследить по шкале. Но чем больше входная мощность, тем бОльше мкА на фиксированном КСВ 😦
Нашел решение вышеизложенного вопроса.
В Мультисиме адекватное поведение модели начинается от 3В входного сигнала. В диапазоне 3…6 В измеренный КСВ не зависит от входной мощности.
Если на входе амплитуда менее 3В, то КСВ в модели врет.
Первая версия моста.
23 переходных отверстия.
Диод bat62-03w китайский, возможно, левак!
Работает отвратительно!
Даю 100мВт, на выходе 14 мВ и 0.2 мкА. Т.е. измерить на микроамперметре нельзя.
Без антенны 14мВ, с подходящими антеннами 0.5мВ. Самое странное, что если поставить не подходящую антенну, то на выходе 20мВ!
Т.е. с плохой антенной разбалансировка выше, чем без антенны\кз! Странно!
Переделал плату под 0603, вытравил 2 штуки из стеклотекстолита 1.6мм. Из-за большой толщины диэлектрика копланар получается такой широкий. Был бы FR4 0.8мм, копланар получился бы шириной с СМД-элемент.
Детали жду с Али.
Источники:
www.vhfdx.ru/apparatura/ua3djg_bridge
pe2er.nl/wifiswr/index.htm
www.vk4adc.com/web/…/83-microwave-rf-bridge
Версия 2 для 0603. Размеры минимальные.
Уже неясно, нужен ли тот короткий копланар, разорванный смд-резистором и испорченный близлежащими смд? И, вообще, нужен ли текстолит?
Уже есть 2 эквивалентных нагрузки 50 Ом на 18ГГц и 20ГГц с КСВ не более 1.10 : 1. Одна точно хорошая, на ней ID-номер выбит, нашел в каталоге XMA xmacorp.com/products/terminations Их продавали на ebay по 300-500р б\у с обещанием высоких метрологических характеристик. Хотя могли и подпалить мощностью или уронить…
Прибыли диоды SMS7630!
Мост ver.1 на SMS7630 заработал. Для второй версии жду смд-компоненты.
Проверил 446Мгц 100мВт в импульсном режиме, высокая скважность, телеметрия 1Гц.
Рассогласование бесконечность - 100мВ.
Согласование идеальное - 0.8мВ
Антенну InvertedVee смог согнуть на 2мВ.
Коаксиальный диполь заводской 433МГц дает 30мВ.
На 5.8ГГц всё веселее. Мост нужно балансировать!
Рассогласование бесконечность - 0.636 В
Согласование идеальное - 0.200 В
Антенны дают 0.280 - 0.400 В.
На выходе накрученный переходник с торчащим центральным пином работает как плохая антенна, давая 0.400В вместо 0.636В при пустом выходе.
Штырек RP-SMA === антенна на 5.8Г
Похоже, рассогласование моста лучше делать не открытым входом, а КЗ.
Мост (паянный-перепаянный, кривой, версии 1) удалось согласовать на 5.8ГГц до паразитных 0.099В, дальше не стал возиться. Проверил 2 заводских терминатора и 1 самодельный. На каждом получил около 0.099 В. Без нагрузки или с КЗ получаю 0.550 В. Генератор 200мВт подключен через аттенюатор 10дБ.
Над образцовым плечом 50+50 Ом напаял пластинку, максимально близко к резисторам для повышения паразитной емкости. А под выходным разъемом подточил земляную фольгу для снижения паразитной емкости в тестируемом плече.
Наконец, дошли все 0603 компоненты!
Сделал мост версии 2.
На 5.8ГГц сбалансировал до 30мВ.
На 433 до 0 мВ, ясен перец.
На 433 работает идеально.
На 5.8Г чуткий к пассам руками. А перекос в 30мВ мешает ловить КСВ, когда антенна имеет плохой КСВ, но смещает эти 30мВ в обратную сторону. Т.е. должно быть |-60| = 60мВ, а получается -60+30 = 30мВ, как будто антенна идеальная =)
Короче, для 5.8Г лучше Н.О.
Удалось сбалансировать этот мост до 10 мВ на 6 ГГц.
Заводские антенны (клеверы и штыри) дают 70-100 мВ, так что запас чувствительности есть.
На 433Мгц быстро настроил антенну inverted Vee. Длину плеч рассчитал, а угол наклона подобрал по min напряжению перекоса моста.
Улучшил мост.
Балансировал:
- стачивание земляной подложки
- полоска жести над плечом с перекомпенсацией
- экран, устраняющий перекомпенсацию
В диапазоне 0-2ГГц и 3-6 ГГц доли мВ. А на 2.0-2.1 ГГц подъем до 8мВ, наверное, резонансы на смд-элементах.
Написал приложение для браузера Chrome. Доступ к СОМ-порту, кнопочки, графики - всё очень просто.
Для 6ГГц спаял детекторы на диодах SMS7630.
КСВ около 2.0
Однако, направленный ответвлитель НО нельзя использовать сразу с двумя детекторами: детектор на “прямой” дает небольшое отражение обратно, которое приподнимает напряжение на порту “обратный”. В итоге, измерить КСВ завышается.
На “прямом” 850мВ, и “обратный” детектор своим мизерным отражением почти не меняет эту величину.
Когда на DUT - эталон 50R, и “прямой” порт заглушен эталоном 50R, то на “обратном” детекторе 2мВ.
Если на “прямой” добавить детектор, которые немного отражает, то на “обратном” уже 120мВ.
Похоже, придется измерять только “обратную”.
Или ставить 2 НО.
Прочитал все с большим интересом, задумываясь о сборке… Спасибо!