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Welche passive Aussenbeschaltung wäre im RF Demo Kit für das 10,7 MHz Keramikfilter geeignet gewesen, damit eine hinreichende Ausgangsanpassung (330 Ohm Filterausgangsimpedanz auf 50 Ohm VNA Port 2 Eingangsimpedanz) gegeben ist?
Das lässt sich wieder durch Simulation bestimmen.
Zunächst eine Überprüfung der verwendeten Filterersatzschaltung nach Testschaltung der Filterhersteller-Vorgabe (Referenzschaltung):
Referenzschaltung in RFSim99
Hier ist beim Smith Chart zu beachten, dass in diesem Fall, abweichend von der regulären 50 Ohm Portimpedanz, auf 330 Ohm Portimpedanz normiert wurde, dmit der Sollwert an "gewohnter Position" erscheint.
S11 Smith Chart (Reflexion am Eingang)
Ich habe mit meiner 10,7 MHz Keramikfilter-Ersatzschaltung (zur Simulation) nicht ganz die 330 Ohm Ein- und Ausgangsimpedanz des Datenblatts erreicht, sondern nur 297 Ohm. Das ist aber recht nahe (ca. -10%) dran, so daß die nachfolgenden Ergebnisse immer noch befriedigend verwertbar sind.
S22, (Reflexion am Ausgang), dito
Das Keramikfilter ist symmetrisch. Ein- und Ausgang sind vertauschbar.
S21 (Einfügedämpfung, Durchlasskurve) und S11
Das Simulations-Testmodell des Keramikfilters erreicht nahezu die theoretisch maximale Einfügedämpfung (in der Praxis wenigstens 3-4 dB schlechter, meist aber -6 bis -7 dB)
Die Ein-und Ausgangsimpedanzen sind ausreichend gut getroffen (300 Ohm)
Die Durchlasskurve ist symmetrisch zu 10,7 MHz und weist das gewünschte Plateau im Durchlassmximum auf.
Das Filter-Modell ist gemäss den Ergebnissen geeignet, um daran die passive Anpassung der ZF-Filter Testschaltung (insbesondere den 330 Ohm Filterausgang) für den Anschluß an die 50 Ohm Ports des VNA zunächst im Simulationsmodell zu prüfen bevor sie in die Praxis umgesetzt wird.
Modifikation der ZF-Filtertest-Referenzschaltung für Anschluss an VNA (50 Ohm Ports)
Die Modifikation bezieht such nur auf den Keramikfilter-Ausgang. Die Beschaltung des Eingangs bleibt wie im RF-Demo Kit (Nr.6) unverändert. Der VNA hat damit bereits die korrekte 50 Ohm Lastimpedanz. Die Generatorquellimpedanz von 330 Ohm, die das Filter benötigt wird zusätzllich zur 50 Ohm Generatorausgangsimpedanz durch einen Serienwiderstand von 270 Ohm aufgebracht, entsprechend der Filterhersteller-Datenblattvorgaben. Die Modifikation nach dem Filterausgang mit einem Anpassglied ist so bemessen, dass das Keramikfilter einen 330 Ohm Abschluss "sieht" und der Ausgang des Anpassgliedes eine Ausgangsimpedanz von 50 Ohm aufweist, die der VNA (Port 2) benötigt:
R_VNA_Port_2 ( 50 Ohm) ist kein Bestandteil der Anpassungsschaltung sondern interner Bestandteil von Port 2 innerhalb des VNA.
Angepasste Testschaltung für 50 Ohm Ein- und Ausgänge für Messung mit dem VNA:
Ergebnisse mit RFSim99:
Es wird regulär auf Ports mit 50 Ohm Normimpedanz bezogen.
S11
50 Ohm Eingangsimpedanz, ok.
S22
50 Ohm Ausgangsimpedanz (bei 10,7 MHz), ok
S21
Der Verlust durch die Ausgangsanpassung von 330 Ohm auf 50 Ohm beträgt 13,6 dB (= Faktor 4,75). Das gleiche Ergebnis gibt es mit LTSpice:
LTSpice:
Zum direkten Vergleich der Durchlasskurve mit der Referenzschaltung und der auf 50 Ohm angepassten Schaltung wird S21 der angepassten Schaltung um 13,6 dB nach oben verschoben (= mit dem Faktor 4,75 multipliziert). Die Durchlasskurven sind dann praktisch deckungsgleich, ohne unsymmetrische Verformung, wie sie bei Fehlanpassung vorhanden wäre.
Beide Durchlasskurven übereinander (S21 der auf 50 Ohm angepasten Schaltung um +13,6 dB (Faktor 4,75) nach oben verschoben):
Praxistest folgt.
Ich erwarte hiernach S21 bei ca. -20 dB, wenn ich von einer praktischen Filtereinfügedämpfung von 6 bis 7 dB ausgehe. Gegenüber der Einfachschaltung auf dem RF Demo Kit ist damit an Pegel nicht wesentlich etwas gewonnen. Aber auf die Symmetrie der S21 Durchlasskurve und das Plateau sollte die korrekte Anpassung Einfluss haben.
Gruß
Reinhard
Das lässt sich wieder durch Simulation bestimmen.
Zunächst eine Überprüfung der verwendeten Filterersatzschaltung nach Testschaltung der Filterhersteller-Vorgabe (Referenzschaltung):
- Generator mit 330 Ohm Ausgangsimpedanz
- Filterausgang mit 330 Ohm abgechlossen
Referenzschaltung in RFSim99
Hier ist beim Smith Chart zu beachten, dass in diesem Fall, abweichend von der regulären 50 Ohm Portimpedanz, auf 330 Ohm Portimpedanz normiert wurde, dmit der Sollwert an "gewohnter Position" erscheint.
S11 Smith Chart (Reflexion am Eingang)
Ich habe mit meiner 10,7 MHz Keramikfilter-Ersatzschaltung (zur Simulation) nicht ganz die 330 Ohm Ein- und Ausgangsimpedanz des Datenblatts erreicht, sondern nur 297 Ohm. Das ist aber recht nahe (ca. -10%) dran, so daß die nachfolgenden Ergebnisse immer noch befriedigend verwertbar sind.
S22, (Reflexion am Ausgang), dito
Das Keramikfilter ist symmetrisch. Ein- und Ausgang sind vertauschbar.
S21 (Einfügedämpfung, Durchlasskurve) und S11
Das Simulations-Testmodell des Keramikfilters erreicht nahezu die theoretisch maximale Einfügedämpfung (in der Praxis wenigstens 3-4 dB schlechter, meist aber -6 bis -7 dB)
Die Ein-und Ausgangsimpedanzen sind ausreichend gut getroffen (300 Ohm)
Die Durchlasskurve ist symmetrisch zu 10,7 MHz und weist das gewünschte Plateau im Durchlassmximum auf.
Das Filter-Modell ist gemäss den Ergebnissen geeignet, um daran die passive Anpassung der ZF-Filter Testschaltung (insbesondere den 330 Ohm Filterausgang) für den Anschluß an die 50 Ohm Ports des VNA zunächst im Simulationsmodell zu prüfen bevor sie in die Praxis umgesetzt wird.
Modifikation der ZF-Filtertest-Referenzschaltung für Anschluss an VNA (50 Ohm Ports)
Die Modifikation bezieht such nur auf den Keramikfilter-Ausgang. Die Beschaltung des Eingangs bleibt wie im RF-Demo Kit (Nr.6) unverändert. Der VNA hat damit bereits die korrekte 50 Ohm Lastimpedanz. Die Generatorquellimpedanz von 330 Ohm, die das Filter benötigt wird zusätzllich zur 50 Ohm Generatorausgangsimpedanz durch einen Serienwiderstand von 270 Ohm aufgebracht, entsprechend der Filterhersteller-Datenblattvorgaben. Die Modifikation nach dem Filterausgang mit einem Anpassglied ist so bemessen, dass das Keramikfilter einen 330 Ohm Abschluss "sieht" und der Ausgang des Anpassgliedes eine Ausgangsimpedanz von 50 Ohm aufweist, die der VNA (Port 2) benötigt:
R_VNA_Port_2 ( 50 Ohm) ist kein Bestandteil der Anpassungsschaltung sondern interner Bestandteil von Port 2 innerhalb des VNA.
Angepasste Testschaltung für 50 Ohm Ein- und Ausgänge für Messung mit dem VNA:
Ergebnisse mit RFSim99:
Es wird regulär auf Ports mit 50 Ohm Normimpedanz bezogen.
S11
50 Ohm Eingangsimpedanz, ok.
S22
50 Ohm Ausgangsimpedanz (bei 10,7 MHz), ok
S21
Der Verlust durch die Ausgangsanpassung von 330 Ohm auf 50 Ohm beträgt 13,6 dB (= Faktor 4,75). Das gleiche Ergebnis gibt es mit LTSpice:
LTSpice:
Zum direkten Vergleich der Durchlasskurve mit der Referenzschaltung und der auf 50 Ohm angepassten Schaltung wird S21 der angepassten Schaltung um 13,6 dB nach oben verschoben (= mit dem Faktor 4,75 multipliziert). Die Durchlasskurven sind dann praktisch deckungsgleich, ohne unsymmetrische Verformung, wie sie bei Fehlanpassung vorhanden wäre.
Beide Durchlasskurven übereinander (S21 der auf 50 Ohm angepasten Schaltung um +13,6 dB (Faktor 4,75) nach oben verschoben):
Praxistest folgt.
Ich erwarte hiernach S21 bei ca. -20 dB, wenn ich von einer praktischen Filtereinfügedämpfung von 6 bis 7 dB ausgehe. Gegenüber der Einfachschaltung auf dem RF Demo Kit ist damit an Pegel nicht wesentlich etwas gewonnen. Aber auf die Symmetrie der S21 Durchlasskurve und das Plateau sollte die korrekte Anpassung Einfluss haben.
Gruß
Reinhard