Autor Tema: ¿Como medir un choque?  (Leído 1672 veces)

EA1DDO

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¿Como medir un choque?
« en: Septiembre 25, 2017, 03:57:17 pm »
Hola,

Bueno, aquí vamos a ir viendo como medir un choque con un VNA.

Este tema viene a ser una continuación del que comenzamos en este otro foro:

https://www.ure.es/foro/6-tecnico/228038.html?limitstart=0#318991

Una vez completado, actualizaré la página web donde se hablamos de estos temas:

http://www.ea1ddo.es/medir_balun.php

Ya he comprado unas ferritas, y también unos metros de coaxial, así que a ver si saco un poco de tiempo y voy haciendo pruebas y comentándolas aquí.

Espero vuestra ayuda, como siempre.

Gracias

73, Máximo - EA1DDO

PD. Unos enlaces relacionados;

http://www.lb3hc.net/archives/1358
http://owenduffy.net/blog/?p=3218
http://www.iz2uuf.net/wp/index.php/2017/05/09/dont-wind-chokes-on-red-toroids/
« Última modificación: Octubre 06, 2017, 10:29:34 pm por ea1ddo »
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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #1 en: Octubre 02, 2017, 03:40:48 pm »
Hola,

Bueno, por fin el pasado fin de semana me dejaron algo de tiempo para experimentar algo con este tema.

Aunque luego ampliaré la información en la página web, yo entiendo que lo que se debe saber de un choque es cuánta reactancia presenta, y dónde la presenta.
Hay varios tipos de choque pero la función es la misma; aplicar la más alta posible reactancia sobre el exterior del cable coaxial, para impedir que la famosa corriente I3 pueda circular por allí.


Desafortunadamente, es muy difícil encontrar un choque a la venta que especifique cuánta reactancia tiene y donde la presenta.
Tampoco hay mucha información sobre como medir esa reactancia. Además hace falta un VNA y hacer algunas matemáticas (a no ser el que programa del VNA proporcione esa información).
Tras buscar y experimentar, al final he podido medir la reactancia de varios choques, y aquí voy a publicar además de los resultados, como poder medirla el que lo desee.

« Última modificación: Octubre 02, 2017, 03:44:09 pm por EA1DDO »
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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #2 en: Octubre 03, 2017, 11:49:20 am »
Como lo que vamos a medir es la impedancia presente en la malla del coaxial, hay que medir eso, la malla.
Poniendo el VNA en modo en modo S21, o sea, usando los dos puertos, e inyectando TX por un extremo de la malla y conectando RX en el otro extremo.
Para ello preparé unos latiguillos cortos con unos cocodrilos (un solo cocodrilo en el vivo del VNA, la malla del VNA no se conecta).

Se conecta de la siguiente manera:

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Como se ve en el dibujo, se conectan ambos vivos del VNA a los extremos de las mallas.
Los vivos NO se conectan.

Se hace una medición de S21 o ganancia y se exportan los datos. Hay que hacerlo así pues hasta donde yo conozco, los VNA no muestran Impedancia Compleja. Si alguien tiene la suerte de disponer de un VNA o programa que lo muestre, perfecto, pero si no es así hay que exportar los datos y aplicar una fórmula matemática.
Yo he exportado los datos en modo CSV (texto separado por comas), copio los datos a una tabla Excel y allí ya aplico la fórmula y obtengo los resultados.
Esa tabla Excel la colocaré aquí para el que quiera bajarla.

Aquí hay que comentar que los datos que necesitamos son "LogMag" y "Phase".
Al principio yo no me había dado cuenta de ese detalle y en vez de LogMag estaba usando Mag. Eso no sirve en la siguiente fórmula.

Una vez obtenidos los datos, se copian a una tabla Excel y obtengo la impedancia compleja, y de paso hago una gráfica.

« Última modificación: Enero 06, 2018, 08:40:13 pm por EA1DDO »
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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #3 en: Octubre 03, 2017, 04:31:32 pm »
Midiendo un Choque con tres ferritas;

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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #4 en: Octubre 03, 2017, 04:36:53 pm »
Y la tabla Excel con los datos del VNA debajo de los títulos en verde (Frecuencia, LogMag y Fase), y los resultados debajo de los títulos azules (R, X y Z la impedancia compleja).
Y una gráfica de la impedancia compleja a lo largo de las frecuencias.

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« Última modificación: Enero 01, 2018, 05:14:54 pm por EA1DDO »
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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #5 en: Octubre 04, 2017, 12:57:27 pm »
Hola,

Después de haber medido varios choques, el de cable coaxial enrollado, o en bobina, con ferritas, etc. He puesto todos los valores juntos en una tabla, por bandas de radioafición.
De esta manera se puede ver fácilmente que choque ofrece más impedancia en cada banda.

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Perdonad los nombres en la tabla, fue algo así rápido. Luego pondré otra mejor.

Rollo = 12 metros de coaxial RG213 enrollado en si mismo. Unos 30cm de diámetro.
Pintura = 12 metros de coaxial RG213 enrollados en un bote de pintura de los grandes, formando una bobina de 15 espiras. Unos 30cm de diámetro.
RG213x3 = Unos 50cm de RG213 formando dos espiras de unos 125mm de diámetro con 3 ferritas Fair-Rite 2643167851.
125x3 = 5 espiras RG58 de unos 125mm de diámetro pasando por dentro de 3 ferritas Fair-Rite 2643167851.
85x3 = 5 espiras RG58 de unos 85mm de diámetro pasando por dentro de 3 ferritas Fair-Rite 2643167851.
85x4 = 4 espiras RG58 de unos 85mm de diámetro pasando por dentro de 3 ferritas Fair-Rite 2643167851.
70x3 = 5 espiras RG58 de unos 70mm de diámetro pasando por dentro de 3 ferritas Fair-Rite 2643167851.
20x3 = 3 espiras RG58 de unos 20mm de diámetro pasando por dentro de 3 ferritas Fair-Rite 2643167851.
20x4 = 4 espiras RG58 de unos 20mm de diámetro pasando por dentro de 3 ferritas Fair-Rite 2643167851.
Guanella = Por probar medí también la impedancia compleja que presenta el balun Guanella 4:1 de dos toroides, siguiendo el mismo procedimiento de antes, y midiendo entre uno de los puertos de salida y la entrada (la malla).

No tomar los valores como algo absoluto. Aunque he intentado hacer las mediciones correctamente, siempre hay efectos externos que afectan a los valores finales.
De todas formas, son valores correctos y comparables entre todos.

Tampoco tomar los ejemplos como esquemas a copiar, solo fueron pruebas y experimentos para mostrar como medir un choque.

Gracias

73, Máximo - EA1DDO
« Última modificación: Enero 06, 2018, 08:41:17 pm por EA1DDO »
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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #6 en: Octubre 05, 2017, 03:24:40 pm »
Las ferritas usadas son tres unidades de Fair-Rite 2643167851.

http://www.fair-rite.com/product/miscellaneous-suppression-cores-2643167851/

Son ferritas de un buen tamaño, material 43, que han sido elegidas como idóneas para esos diseños como puede verse en el siguiente documento de Ian GM3SEK:

http://www.ifwtech.co.uk/g3sek/in-prac/inpr1005_ext_v2.pdf

Yo las conseguí en E-Bay a poco más de €5 Euros: http://www.ebay.es/itm/390614560073



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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #7 en: Octubre 05, 2017, 06:01:53 pm »
Hola ,ante todo excelente trabajo,veo que el único que sigue una lógica es el rg213 x 3,los otros veo critico una espira mas o menos diámetro etc,y resultados menos lógicos con menos reactancia en 10m,debido que no tengo VNA , no puedo medir bien todo esto ,si me gustaria si puedes que midieras el típico choque que monta la mayoría es decir con una o dos ft240-43 todas las espiras que quepan con rg58,primero bobinado todo en un sentido hasta llenar el toroide y otro lo mismo pero bobinado la mitad del toroide en un sentido y la otra mitad en sentido contrario,creo que este ultimo le llaman guanella ,un saludo EB3DYO FRANCISCO

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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #8 en: Octubre 06, 2017, 10:28:08 pm »
Francisco, gracias por los comentarios.
Voy a ver si hago algunas pruebas más, y las documento bien.
Y miraré de conseguir un par de FT240-43 para hacer esas comparaciones que dices.

A todo esto, he encontrado un colega de Noruega LB3HC, que ha hecho lo mismo que yo pero usando en VNA en modo S11, en vez de S21.

http://www.lb3hc.net/archives/1358

No se fijo si saldrá el mismo resultado usando un solo puerto para pérdidas de retorno (S11), que usando los dos puertos en modo ganancia (S21).
Voy a hacer la prueba a ver que sale.

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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #9 en: Enero 01, 2018, 05:33:02 pm »
Hola,

Feliz año a todos.

Como hace unos días recibí mi nuevo VNA (vendí el que tenía y compré otro más moderno aprovechando una oportunidad) pues me puse a revisar algunas cosas.

Citar
A todo esto, he encontrado un colega de Noruega LB3HC, que ha hecho lo mismo que yo pero usando en VNA en modo S11, en vez de S21.

Como me suponía, S11 no es adecuado para hacer éstas mediciones. Así me lo confirmó el amigo Jim Brown K9YC, todo un gurú del tema:

Citar
That's a reflection-based measurement, and has VERY poor accuracy when Z being measured is much greater than or much less than the system impedance (50 ohms).
The common measurement error is that the measured resonant frequency is much lower than the actual resonant frequency.
S21 has the greatest potential for success, but it requires a load resistance to form a voltage divider with the choke.

Los de Keysight también lo comentan en 5989-9887EN;

Citar
Two common methods used to perform impedance measurements with a
vector network analyzer are the reflection method using one port and the shunt/
series method using two ports. Figure 6 shows the relationships between the
impedance and S parameter for each of the two measuring methods. When
the impedance measured (Zx) is in the vicinity of the characteristic impedance
(Zo = 50 Ω), the reflection method provides high-sensitivity measurements
because the vector voltage ratio significantly changes with a small change in
the impedance. However, when the impedance measured is not in the same
vicinity as the characteristic impedance, the reflection method is not suitable
due to trace noise.
The two port method allows you measure impedance over a wide impedance
range using shunt/series connections. With the two port method, you can use
either S11 or S21 to perform measurements; however, S11 has a more limited
noise floor than S21, and it is highly susceptible to VSWR and other factors that
exist between the fixture connector and substrate. Because of this, generally
S21 is preferred. The S21 shunt connection is suitable for 50 Ω or lower impedances
while the S21 series connection is suitable for 50 Ω or higher impedances.
Because EMC components span a wide range of impedances depending on their
purposes, their impedances must be measured with an adequate combination of
S21 shunt/series connections.

Mirando éstas cosas descubrí algo que no sabía. El nuevo VNA éste que tengo, resulta que mide S11 y S21 al mismo tiempo  :o
Y resulta que al exportar los datos incluye ambos, S11 por reflexión, y S21 en transmisión/recepción.
Esta nueva opción ofrece la posibilidad de comparar dos mediciones del mismo elemento pero por diferentes métodos.

Pues bien, mirar lo que muestra S11 y S21 al mismo choque de antes:

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La gráfica de la izquierda es S11, vista en el ZPlots, y la gráfica de la derecha es S21 vista en Excel.
Las gráficas son casi calcadas pero hay una diferencia... ¿La veis?
S11 tiene el pico en 2.8 MHz mientras que S21 lo tiene en 3.8 MHz, un mega-hercio desplazado uno del otro.
La gráfica azul muestra la fase, y como veis pasa por cero en 3.8 MHz. Así que ¿Cual es la correcta, S11 o S21?

Siguiendo con este tema, de paso que estaba estrenando el nuevo VNA, le di una pequeña mejora estética a la calculadora de Zcm o Modo Común;

Calculadora Zcm

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73, Máximo

« Última modificación: Enero 06, 2018, 05:11:03 pm por EA1DDO »
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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #10 en: Enero 05, 2018, 04:12:56 pm »
Tanto Steve-G3TXQ como Jim-K9YC, realizaban la medida S21 con un adaptador, (parecida a la sonda de RF del amigo Paco).

 [ You are not allowed to view attachments ]

Jim ha sido muy amable y me ha proporcionado una foto de su sistema de medición de choques:

 [ You are not allowed to view attachments ]

Esa adaptación de 50 OHm solamente se pone si se usa algún tramo de cable coaxial entre el VNA y el choque, tal como la foto anterior de Jim.

Ese sistema anterior ha sido mejorado conectando casi directamente el choque al VNA, sin ningún latiguillo coaxial. De esa manera la medida es más precisa y ya no hace falta usar sonda.
El actual sistema de medición de Steve es el siguiente:

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73, Máximo
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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #11 en: Enero 05, 2018, 05:25:40 pm »
Siguiendo con este tema.

Los pasados días he estado mirando y aprendiendo cosas. Alguna ya la he puesto antes, como lo de la sonda.
También encontré documentos interesantes como ese de Keysight, y también estoy siguiendo atentamente una discusión de éste mismo tema en la lista de correo TowerTalk.

Alguien apuntó a una página que es muy interesante, sobre todo por algo que yo desconocía;

http://www.w0qe.com/Measuring_High_Z_with_VNA.html

La novedad para mi fue ver como se podía calibrar el VNA con una carga que no sea de 50 OHm.
Como los choques que usamos en radio rondan desde 1K hasta 10K Ohm, éste colega calibró el VNA con una carga casera de 1K. De esa manera las lecturas fueron mucho más precisas que si se referencian a 50 Ohm. Mejoró 0.005 pF en la medida de Cp.

Otra cosa que he visto en diferentes sitios, sobre todo en la documentación de Keysight (antigua Agilent) es que con un VNA se puede medir impedancia de tres formas diferentes, cada una con sus ventajas y sus inconvenientes.
A modo de resumen, las tres formas son; Reflexión, shunt y serie. A su vez pueden ser S11 o S21.

 [ You are not allowed to view attachments ]

Según la documentación;

 [ You are not allowed to view attachments ]

S21 Shunt es lo mejor para impedancia medias-bajas.
S11 Reflexión para impedancias alrededor de los 50 OHm.
S21 Serie para impedancias medias-altas.

Por ese motivo he pedido unas resistencias SMD de 1K OHm y en los próximos días haré esa prueba, a ver que sale.
También pedí unas resistencias de 10K OHm para hacerles un barrido a ver que muestra mi VNA.

Como veis, todo muy interesante.

73, Máximo

PD. Un par de páginas interesantes.

https://www.edn.com/electronics-blogs/impedance-measurement-rescues/4458562/Accurately-measure-ceramic-capacitors-by-extending-VNA-range

http://www.g3ynh.info/zdocs/magnetics/appendix/Toroid_selfC.html
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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #12 en: Enero 06, 2018, 05:34:36 pm »
Hola,

Ya me llegaron las resistencias SMD de 1K, y acabo de hacer una prueba así rápida.
Calibré con 1K en vez de con 50 Ohm. Luego medí el mismo choque que tengo de referencia éstos días.
Midiendo S21 LogMag con la calibración a 50 OHm obtenía -37 dB sobre 3.8 MHz.

Ahora calibrando con 1K mido y en pantalla muestra unos -17 dB.

20Log (100/1100) = -20.8

-20.8 + (-17) = -37.8 dB   :D

Las medidas encajan. La escala está desplazada 20.8 dB ya que el VNA no tiene (de momento) la opción de ajustarlo a esa nueva calibración.
Cuando pueda intentaré mejorar la precisión e intentar ver las diferencias.

73, Máximo

Documentación






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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #13 en: Enero 08, 2018, 04:49:58 pm »
felicidades Maximo,veo que empiezas el año con ganas,a tope,sigo el tema,yo no tengo instrumental,acuerdate  cuando puedas de medir el que hace todo el mundo ,toroide bobinado total y el bobinado la mitad en un sentido y la otra en sentido contrario  para ver que diferencia pueda haber.73 Francisco

EA1DDO

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Re:¿Como medir un choque?
« Respuesta #14 en: Enero 14, 2018, 06:12:36 pm »
Bueno Francisco, ahí vamos, poco a poco, aprovechando los pocos ratos libres que los niños me dejan.

Lo de los toroides lo tengo pendiente. Es que no tengo, tengo que comprarlos.
A ver si compro un par de ellos para probarlos.

Ayer aprendí otra cosa de esto de los VNA; cuando se mide S21, la calibración con carga da igual, no es necesaria.
Eso de calibrar con Abierto-Corto-Carga es para medidas por reflexión, S11.
Para medidas por transmisión, S21, solo se hace la calibración por puente, entre Tx y Rx.

Son detalles que vas descubriendo, o te los señala alguien con más experiencia.

73, Máximo
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