LiteVNA64 – zmiana impedancji portów, dopasowanie 75 Ω, baluny, matching pads, kalibracja

Pytanie

Litevna64 zmiana impedancji portów

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Porty LiteVNA64 są fabrycznie zaprojektowane i skalibrowane dla impedancji systemowej 50 Ω – fizyczna przebudowa toru pomiarowego w celu zmiany tej wartości jest niepraktyczna i grozi uszkodzeniem analizatora.
• Aby poprawnie mierzyć elementy o innej impedancji (np. 75 Ω, 300 Ω, 600 Ω bal.), należy skorzystać z zewnętrznych transformatorów impedancji (rezystancyjnych padów, balunów lub transformatorów szerokopasmowych) i wykonać ponowną kalibrację w nowej płaszczyźnie odniesienia.

Kluczowe punkty
• LiteVNA64 = 50 Ω (hardware)
• Nie ingerujemy w elektronikę – stosujemy zewnętrzne dopasowanie
• Po dopasowaniu – pełna kalibracja SOLT/TOSM w impedancji DUT
• Stabilna temperatura, dobre kable, właściwy moment dokręcenia złączy

Szczegółowa analiza problemu

1. Architektura LiteVNA64 a impedancja

LiteVNA64 wykorzystuje mostek refleksyjny i przełączany tor T/R oparty na rezystorach sprzęgających 2 × 100 Ω i tłumikach dopasowanych do 50 Ω. Wymiana tych elementów wymagałaby: • ponownego projektu RF/µ-wave,
• wyrównania charakterystyki do 6,3 GHz,
• opracowania nowych wzorców kalibracyjnych.
Ryzyko: degradacja dynamiki, niewiarygodne wyniki, utrata gwarancji.

2. Pomiar układów ≠ 50 Ω – rekomendowane podejście

2.1 Zewnętrzne transformacje rezystancyjne (matching pads)
• 50 ↔ 75 Ω: pad T-type 71,43 Ω/178,6 Ω/71,43 Ω (ok. 5,7 dB)
• 50 ↔ 75 Ω szerokopasmowe: Mini-Circuits UNMP-50-75+ (DC-3 GHz), Pasternack PE7390 (DC-6 GHz)
• Straty in-line obniżą dynamikę, ale zachowają dokładność impedancyjną.

2.2 Transformatory / baluny szerokopasmowe
• 1:1, 1:4 Guanella lub Ruthroff na rdzeniach NiZn/Ferryt; pasmo zależne od rdzenia.
• Pozwalają na pomiary linii symetrycznych 100/200/300 Ω.

2.3 Dopasowanie reaktancyjne LC (wąskopasmowe)
• Dla pojedynczej częstotliwości można zbudować sieć L, π lub T.
• Wymaga obliczenia:
\[ X_L = 2\pi f L,\; X_C = \frac{1}{2\pi f C}. \]

3. Kalibracja po dopasowaniu

a) Podłącz matching pad/balun → to nowa płaszczyzna kalibracji.
b) Ustaw Z₀ w oprogramowaniu (NanoVNA-Saver, VNA-QT: Calibration → Set Z₀).
c) Wykonaj SOLT/TOSM używając wzorców dla docelowej impedancji (short/open 75 Ω, load 75 Ω, thru 75 Ω).
d) Sprawdź residuals (|S11| load < –40 dB, |S21| thru > –0,3 dB).

4. Stabilność termiczna

Pomiar Hackaday/EEVBlog wskazuje, że LiteVNA64 stabilizuje parametry mostka dopiero po 60–90 min pracy; port S11 potrafi osiągać 40 °C. Zalecenia:
• włącz urządzenie min. 1 h przed kluczową kalibracją,
• unikaj przeciągów i bezpośredniego nasłonecznienia,
• powtarzaj kalibrację, jeśli temperatura zmieni się > ±5 °C.

5. Jakość i powtarzalność połączeń

Moment dokręcania SMA: 0,45–0,6 N·m (klucz dynamometryczny).
Używaj kabli semirigid RG-405/Hand-Formable lub fabrycznych phase-stable flex.
Każda wymiana kabla → powtórz kalibrację.

Aktualne informacje i trendy

• Coraz więcej tanich VNA (TinyVNA, D6, OwOComm) zaczyna wspierać programową zmianę Z₀ (post-processing) do 25…200 Ω.
• Powstają gotowe szerokopasmowe adaptery 50/75 Ω na > 8 GHz (Amphenol SVS-SB) pozwalające uniknąć własnoręcznego lutowania.
• Trend „multi-Z0 VNA” – integrowanie kilku mostków 50/75 Ω przełączanych PIN-SW, co w przyszłości może rozwiązać problem bez zewnętrznych padów.

Wspierające wyjaśnienia i detale

Przykład obliczeń dla pad 50 ↔ 75 Ω (T-pad):
\[ R{series} = Z{out} \frac{\sqrt{\frac{Z{in}}{Z{out}}}-1}{\sqrt{\frac{Z{in}}{Z{out}}}+1} = 71{,}43\;Ω \]
\[ R{shunt} = \sqrt{Z{in} Z_{out}} = 61{,}24\;Ω \]
W praktyce stosuje się wartości z szeregu E24/E48 i kompensuje tolerancję pomiarem kontrolnym.

Aspekty etyczne i prawne

• Otwarcie i modyfikacja urządzenia → utrata CE/FCC oraz gwarancji producenta.
• Pomiary w pasmach licencjonowanych – upewnij się, że generowany sygnał testowy nie emituje poza ekranowany tor pomiarowy.

Praktyczne wskazówki

1. Warm-up 1 h, potem SOLT 50 Ω.
2. Wkręć matching pads, ustaw Z₀ = 75 Ω, ponowna SOLT 75 Ω.
3. Kontrolnie zmierz referencyjny obciążnik 75 Ω – oczekuj |S11| < –40 dB.
4. Przy balunie – wykonaj kalibrację TRL/TOSM, bo balun zmienia fazę.
5. Po pracy – zaślep porty kratkami SMA, unikniesz utleniania kontaktów.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Rezystancyjne pady ograniczają zakres dynamiczny (-5,7 dB) – przy pomiarach filtrów o dużym tłumieniu może zabraknąć head-roomu (dynamic range LiteVNA64 ≈ 90 dB).
• Transformator ferrytowy – powyżej 200 MHz rośnie przenikalność zespolona rdzenia, co wprowadza błędy fazy.
• Oprogramowanie NanoVNA-Saver zmienia Z₀ tylko dla wyświetlania, nie dla korekty kalibracji, jeśli opcja „Apply to Calibration” nie jest zaznaczona.

Sugestie dalszych badań

• Analiza wpływu temperatury mostka na moduł macierzy kalibracyjnej (studium długoterminowe).
• Projekt uniwersalnego, niskostratnego 50/75 Ω adaptera DC-8 GHz w technologii LTCC.
• Porównanie metod SOLT vs TRL przy użyciu tych samych padów 50/75 Ω.
• Ewaluacja open-source firmware z obsługą wielo-Z₀ w czasie rzeczywistym.

Krótkie podsumowanie

LiteVNA64 pozostaje urządzeniem 50-omowym z definicji sprzętowej. Chcąc mierzyć elementy o innej impedancji, należy wprowadzić zewnętrzne dopasowanie (rezystancyjne pady, baluny, transformatory) i wykonać pełną kalibrację w nowej płaszczyźnie. Krytyczne dla powtarzalności są: stabilna temperatura, wysokiej jakości złącza i poprawnie ustawione Z₀ w oprogramowaniu. Fizyczna ingerencja w analizator jest nieopłacalna; profesjonalna praktyka RF preferuje adaptację zewnętrzną i staranną kalibrację.