Eine Oberfläche
Messung und Auswertung am VNA in einer Oberfläche.
Kundenprojekt · KI · HF-Messtechnik
Software für vektorielle Netzwerkanalysatoren (VNA). Sie nimmt die S-Parameter der HF-Bauteile auf und legt sie im Touchstone-Format ab. Aus den Messungen entstehen Modelle der Bauteile, die zentral und versioniert verwaltet werden, sodass jede Version auf ihre Messdaten zurückführt. Eine KI-Assistenz beantwortet Fragen zu Messungen und Modellen in normaler Sprache und weist auf Auffälligkeiten hin.
Steckbrief
VNA-Anzeige
Berechnetes BeispielMarker 1
Sweep läuft
Modell BP-01
Version 3
aus Messung M-03
m-03.s2p60947e4bd6a7KI-Hinweis
Schmale Einbuchtung bei 2,120 GHz. |S21| liegt dort 5,10 dB tiefer als in der Messung zu Version 2.
Grundlage
m-03.s2pm-02.s2pBerechnetes Beispiel: ein Tschebyscheff-Bandpass mit drei Resonatoren, Mittenfrequenz 2,000 GHz, relative Bandbreite 20 %, Welligkeit 0,1 dB, Leerlaufgüte 100. Gerechnet, nicht gemessen: Messungen, Modellname, Prüfsumme und Hinweis entstehen aus Formeln. Sie zeigen, wie Messung, Modell und Hinweis zusammenhängen können, nicht Bauteile, Daten oder die Oberfläche der Software beim Kunden.
Das Bild zeigt die berechnete Beispielmessung M-03 mit 401 Punkten von 1,000 GHz bis 3,000 GHz. Ein Diagramm zeigt |S21| und |S11| in dB über der Frequenz, ein Smith-Diagramm zeigt S11. Marker 1 steht bei 2,120 GHz: |S21| −5,92 dB, Rückflussdämpfung 7,39 dB, VSWR 2,49. Dort liegt eine schmale Einbuchtung, |S21| ist 5,10 dB tiefer als in der Messung zu Version 2. Die Karte nennt das Modell BP-01 in Version 3, entstanden aus Messung M-03, und der KI-Hinweis zeigt auf die Einbuchtung.
Vom Sweep am VNA bis zur Antwort der KI. Alles in einer Software.
elsyQ hat die Software für ein Unternehmen aus der Hochfrequenztechnik gebaut. Das Ergebnis passt in drei Punkte. Was hinter den Begriffen steckt, erklären die Abschnitte weiter unten, mit einem berechneten Beispiel statt Kundendaten.
Messung und Auswertung am VNA in einer Oberfläche.
Modelle der HF-Bauteile zentral verwaltet, jede Version mit ihren Messdaten.
KI-Assistenz für Fragen zu Messungen und Modellen.
Eine Welle hinein, zwei Antworten heraus: was zurückkommt und was durchkommt.
Ein vektorieller Netzwerkanalysator schickt ein Hochfrequenzsignal in ein Bauteil und fährt dabei einen Frequenzbereich ab, Punkt für Punkt. An jedem Tor misst er die zulaufende und die ablaufende Welle, nach Betrag und Phase. Genau das meint vektoriell. Aus den Verhältnissen der Wellen entstehen die S-Parameter, ein Satz für jeden Frequenzpunkt. Ein Filter mit Eingang und Ausgang ist ein Zweitor und hat vier davon.
Schematische Darstellung. Die Beispielwerte stammen aus dem berechneten Bandpass dieser Seite, Messung M-02 ohne Einbuchtung, bei seiner Mittenfrequenz.
Schematische Darstellung eines Zweitors mit Tor 1 und Tor 2. In jedes Tor läuft eine Welle hinein, a1 und a2, aus jedem läuft eine heraus, b1 und b2. S11 ist b1 durch a1 und S21 ist b2 durch a1, beide gemessen, während in Tor 2 nichts hineinläuft. S12 ist b1 durch a2 und S22 ist b2 durch a2, gemessen, während in Tor 1 nichts hineinläuft.
Z0 ist der Bezugswiderstand, in der HF-Technik meist 50 Ω. Rückflussdämpfung und VSWR hängen nur vom Betrag von Γ ab, die Phase steckt allein in Γ selbst.
Sie verknüpft die zulaufenden Wellen a mit den ablaufenden Wellen b, für jeden Frequenzpunkt neu.
Wie stark eine Last Z eine Welle reflektiert, bezogen auf Z0. Ist Z gleich Z0, ist Γ null und nichts kommt zurück. S11 ist der Reflexionsfaktor an Tor 1.
Die Reflexion in dB. Je größer der Wert, desto weniger kommt zurück: Bei 20 dB wird ein Prozent der Leistung reflektiert.
Das Verhältnis von größter zu kleinster Spannung der stehenden Welle, die bei Fehlanpassung auf der Leitung entsteht. Der Wert 1 heißt perfekt angepasst, unendlich heißt Totalreflexion.
Um wie viel schwächer eine Welle an Tor 2 ankommt, als sie in Tor 1 hineingelaufen ist, in dB. Bei einem Filter ist sie im Durchlassbereich klein und außerhalb groß.
Jede Last hat ihren Punkt. In der Mitte kommt nichts zurück.
Das Smith-Diagramm zeigt den Reflexionsfaktor Γ als Punkt in einem Kreis. In der Mitte ist Γ null, am Rand wird alles reflektiert. Links liegt der Kurzschluss, rechts der Leerlauf, oben die induktiven Lasten, unten die kapazitiven. Die Kreise stehen für gleichen Widerstand, die Bögen für gleichen Blindwiderstand, so lässt sich die Impedanz direkt ablesen. Der Abstand zur Mitte zeigt, wie schlecht eine Last angepasst ist, der Winkel die Phase der Reflexion.
| Last | Impedanz | Γ | |Γ| | Winkel | Rückflussdämpfung | VSWR |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Angepasst | 50 Ω | 0,000 + j0,000 | 0,000 | nicht definiert | ∞ | 1,00 |
| Leerlauf | ∞ | 1,000 + j0,000 | 1,000 | 0,0° | 0,00 dB | ∞ |
| Kurzschluss | 0 Ω | −1,000 + j0,000 | 1,000 | 180,0° | 0,00 dB | ∞ |
| Kleiner als Z0 | 25 Ω | −0,333 + j0,000 | 0,333 | 180,0° | 9,54 dB | 2,00 |
| Größer als Z0 | 100 Ω | 0,333 + j0,000 | 0,333 | 0,0° | 9,54 dB | 2,00 |
| Induktiv | 50 + j50 Ω | 0,200 + j0,400 | 0,447 | 63,4° | 6,99 dB | 2,62 |
| Kapazitiv | 50 − j50 Ω | 0,200 − j0,400 | 0,447 | −63,4° | 6,99 dB | 2,62 |
Gleicher Abstand, andere Seite: 25 Ω und 100 Ω sind gleich schlecht angepasst, beide mit VSWR 2,00 und Rückflussdämpfung 9,54 dB. Nur der Winkel von Γ unterscheidet sie. Ein skalarer Analysator, der nur den Betrag misst, sieht hier keinen Unterschied, ein vektorieller schon.
Ein Smith-Diagramm mit dem Punkt der gewählten Last. Voreingestellt ist 50 + j50 Ω: Γ liegt bei 0,200 + j0,400, Betrag 0,447, Winkel 63,4°. Die Tabelle nennt die Werte aller sieben Beispiellasten.
Eine Messung, eine Textdatei. Lesbar für Menschen und für Programme.
Im Touchstone-Format legt die Software die Messungen ab. Touchstone ist ein weit verbreitetes Textformat für S-Parameter, das Menschen im Editor lesen und Simulatoren direkt einlesen können. Die Endung nennt die Zahl der Tore: .s1p für ein Eintor, .s2p für ein Zweitor. Die Zeile mit # ist die Optionszeile, alles nach einem ! ist Kommentar. Bei Ein- und Zweitoren folgt danach für jeden Frequenzpunkt eine Zeile mit allen S-Parametern.
m-03.s2p60947e4bd6a7401 Datenzeilen
# GHz S DB R 50
1.000 -0.015 165.05 -48.112 -106.11 -48.112 -106.11 -0.015 165.05
1.005 -0.016 164.92 -47.893 -106.25 -47.893 -106.25 -0.016 164.92
! ... 220 Zeilen ausgelassen
2.110 -12.178 -30.93 -2.931 -66.96 -2.931 -66.96 -12.178 -30.93
2.115 -9.166 -47.51 -4.573 -67.44 -4.573 -67.44 -9.166 -47.51
2.120 -7.391 -69.05 -5.921 -56.33 -5.921 -56.33 -7.391 -69.05
2.125 -7.074 -89.95 -4.980 -44.20 -4.980 -44.20 -7.074 -89.95
2.130 -7.663 -106.00 -3.514 -42.73 -3.514 -42.73 -7.663 -106.00
! ... 173 Zeilen ausgelassen
3.000 -0.056 -152.45 -32.553 119.68 -32.553 119.68 -0.056 -152.45
# GHz S MA R 50
1.000 0.9982 165.05 0.0039 -106.11 0.0039 -106.11 0.9982 165.05
1.005 0.9982 164.92 0.0040 -106.25 0.0040 -106.25 0.9982 164.92
! ... 220 Zeilen ausgelassen
2.110 0.2461 -30.93 0.7136 -66.96 0.7136 -66.96 0.2461 -30.93
2.115 0.3481 -47.51 0.5907 -67.44 0.5907 -67.44 0.3481 -47.51
2.120 0.4270 -69.05 0.5057 -56.33 0.5057 -56.33 0.4270 -69.05
2.125 0.4429 -89.95 0.5636 -44.20 0.5636 -44.20 0.4429 -89.95
2.130 0.4139 -106.00 0.6673 -42.73 0.6673 -42.73 0.4139 -106.00
! ... 173 Zeilen ausgelassen
3.000 0.9936 -152.45 0.0236 119.68 0.0236 119.68 0.9936 -152.45
# GHz S RI R 50
1.000 -0.96441 0.25759 -0.00109 -0.00378 -0.00109 -0.00378 -0.96441 0.25759
1.005 -0.96381 0.25973 -0.00113 -0.00387 -0.00113 -0.00387 -0.96381 0.25973
! ... 220 Zeilen ausgelassen
2.110 0.21109 -0.12650 0.27927 -0.65666 0.27927 -0.65666 0.21109 -0.12650
2.115 0.23512 -0.25667 0.22662 -0.54545 0.22662 -0.54545 0.23512 -0.25667
2.120 0.15271 -0.39876 0.28040 -0.42089 0.28040 -0.42089 0.15271 -0.39876
2.125 0.00039 -0.44289 0.40412 -0.39292 0.40412 -0.39292 0.00039 -0.44289
2.130 -0.11406 -0.39785 0.49010 -0.45280 0.49010 -0.45280 -0.11406 -0.39785
! ... 173 Zeilen ausgelassen
3.000 -0.88093 -0.45950 -0.01167 0.02048 -0.01167 0.02048 -0.88093 -0.45950
#GHzSDBMARIR 50Fehlt ein Eintrag, gilt der Standard: GHz, S, MA und R 50.
Berechnetes Beispiel: 401 Datenzeilen, eine je Frequenzpunkt von 1,000 GHz bis 3,000 GHz. Gerechnet, nicht gemessen, und keine Datei aus dem Projekt. Die Prüfsumme ist der SHA-256-Hash der ganzen Datei im Format dB und Winkel, hier auf zwölf Zeichen gekürzt.
Kein Modell ohne Messung. Jede Version führt auf ihre Daten zurück.
Aus den Messungen entstehen Modelle der HF-Bauteile. Die Software verwaltet sie zentral und versioniert, und jede Version führt auf ihre Messdaten zurück. Warum das zählt, zeigt die Illustration darunter ganz allgemein: Wer zwei Versionen vergleicht, vergleicht die Messungen dahinter und sieht, wo und um wie viel sie auseinanderliegen.
Version 1
Erste Messung
aus Messung M-01
201 Punkte · 1,500 GHz bis 2,500 GHz
m-01.s2p83e9811d4997Version 2
Messung über einen erweiterten Frequenzbereich
aus Messung M-02
401 Punkte · 1,000 GHz bis 3,000 GHz
m-02.s2p7721f71af0bdVersion 3
aktuell
Neue Messung mit schmaler Einbuchtung
aus Messung M-03
401 Punkte · 1,000 GHz bis 3,000 GHz
m-03.s2p60947e4bd6a7Version 1 beruht auf einer Messung von 1,500 GHz bis 2,500 GHz, Version 2 auf einer von 1,000 GHz bis 3,000 GHz. Neu ist also vor allem der Frequenzbereich. Wo sich beide überschneiden, liegen die Kurven genau aufeinander, die größte Abweichung ist 0,00 dB. Das liegt am berechneten Beispiel, beide Messungen stammen aus derselben Formel. Echte Wiederholungsmessungen streuen immer ein wenig.
Die Messungen zu Version 2 und 3 weichen bei 2,120 GHz am stärksten voneinander ab, um 5,10 dB. Zwischen 2,105 GHz und 2,140 GHz liegt die Abweichung über 1 dB, überall sonst bei höchstens 0,87 dB.
Illustration mit berechneten Daten: Modellname, Messungen, Dateien und Prüfsummen sind Beispiele. Die Kurven sind die Messungen hinter den Versionen. Sie zeigen, was Versionierung mit Herkunft leistet, nicht wie die Software die Modelle bildet oder speichert.
BP-01, drei Versionen, jede mit Messdatei und Prüfsumme. Der voreingestellte Vergleich zeigt |S21| der Messungen zu den beiden jüngsten Versionen von 1,700 GHz bis 2,300 GHz: Die Messung zur jüngsten Version liegt bei 2,120 GHz um 5,10 dB tiefer.
Zu jeder Version gehört die Messdatei, aus der sie entstanden ist. Eine Prüfsumme zeigt, ob die Datei noch dieselbe ist.
Zwei Versionen lassen sich Punkt für Punkt vergleichen, weil beide auf Messdaten mit Frequenzachse zurückgehen.
Bei Versionierung ersetzt eine neue Version die alte nicht, sie kommt hinzu. Die alte bleibt, samt ihren Daten.
Die drei Punkte beschreiben Versionierung mit Herkunft allgemein. Wie die Software die Modelle intern bildet, speichert und vergleicht, beschreibt diese Seite nicht.
Fragen in normaler Sprache. Und ein Hinweis, wo etwas auffällt.
In der Software beantwortet eine KI-Assistenz Fragen zu Messungen und Modellen in normaler Sprache und weist auf Auffälligkeiten hin. Wie so ein Austausch aussehen kann, zeigt das Beispiel darunter, gerechnet mit den Beispieldaten dieser Seite.
Frage
Fällt an Messung M-03 etwas auf?
KI-Assistenz
Ja. Zwischen 2,105 GHz und 2,140 GHz hat |S21| eine schmale Einbuchtung, am tiefsten bei 2,120 GHz mit −5,92 dB. In der Messung zu Version 2 lag der Wert an derselben Stelle bei −0,82 dB, die Dämpfung ist dort also um 5,10 dB gestiegen. Ob die Einbuchtung vom Bauteil kommt oder vom Messaufbau, geht aus den Daten allein nicht hervor. Das sollte jemand prüfen.
Grundlage
So kann die Assistenz vorgehen
Frage
Wie gut ist das Bauteil im Durchlassbereich angepasst?
KI-Assistenz
Im Durchlassbereich des Beispiels, von 1,810 GHz bis 2,210 GHz, liegt die Rückflussdämpfung in der Messung zu Version 2 überall bei mindestens 16,83 dB. Den kleinsten Wert erreicht sie bei 2,210 GHz, am oberen Rand des Bereichs. In der Messung zu Version 3 fällt sie bis auf 7,07 dB bei 2,125 GHz, genau im Bereich der Einbuchtung. Je kleiner die Rückflussdämpfung, desto mehr Leistung kommt zurück.
Grundlage
So kann die Assistenz vorgehen
Frage
Was hat sich von Version 2 zu Version 3 geändert?
KI-Assistenz
Version 3 stammt aus Messung M-03, Version 2 aus M-02. Beide Messungen decken 1,000 GHz bis 3,000 GHz mit 401 Punkten ab. Zwischen 2,105 GHz und 2,140 GHz weichen sie um mehr als 1 dB voneinander ab, am stärksten bei 2,120 GHz mit 5,10 dB. Überall sonst bleibt die Abweichung bei höchstens 0,87 dB.
Grundlage
So kann die Assistenz vorgehen
Beispiel: Fragen, Antworten und Arbeitsschritte sind ausgedacht und rechnen mit den Beispieldaten dieser Seite. Sie zeigen, wie eine Assistenz mit Messdaten arbeiten kann, nicht wie die Assistenz im Projekt gebaut ist. Die Dateinamen führen zu den Daten auf dieser Seite.
Werte wie die Dämpfung bei einer Frequenz lassen sich aus der Messdatei exakt ablesen und berechnen. Ein Sprachmodell kann sich dabei verrechnen. Sinnvoll ist deshalb eine Aufteilung: Gerechnet wird im Code, das Modell formuliert nur.
Eine Antwort, die Datei und Frequenzbereich nennt, lässt sich nachprüfen, ohne der Assistenz glauben zu müssen.
Ob eine Auffälligkeit am Bauteil liegt oder am Messaufbau, sollte ein Mensch entscheiden. Eine Assistenz kann zeigen, wo es sich lohnt hinzusehen.
Die drei Punkte beschreiben, wie eine Assistenz allgemein mit Messdaten arbeiten kann. Worauf die Assistenz im Projekt aufbaut und wie sie arbeitet, nennt diese Seite nicht.
Wie elsyQ Algorithmus und Sprachmodell trennt: Determinismus und KI
Fünf Begriffe aus dem Projekt, jeder kurz erklärt. Wo die Eckdaten etwas über den Einsatz im Projekt sagen, steht es dabei.
Ein vektorieller Netzwerkanalysator misst über einen Frequenzbereich, wie ein Bauteil Hochfrequenzsignale reflektiert und durchlässt, nach Betrag und Phase.
Im Projekt Die Software bringt Messung und Auswertung am VNA in eine Oberfläche.
Streuparameter: das Verhältnis von ablaufender zu zulaufender Welle an den Toren eines Bauteils, als komplexe Zahl je Frequenzpunkt.
Im Projekt Die Software nimmt die S-Parameter der HF-Bauteile auf.
Ein Textformat für S-Parameter, mit einer Optionszeile und den Messwerten je Frequenzpunkt. Die Endung nennt die Zahl der Tore, eine Datei für ein Zweitor endet auf .s2p.
Im Projekt Die Software legt die Messungen im Touchstone-Format ab.
Ein Modell beschreibt, wie sich ein Bauteil bei hohen Frequenzen verhält, in einer Form, mit der sich weiterarbeiten lässt, zum Beispiel in einer Schaltungssimulation.
Im Projekt Aus den Messungen entstehen Modelle der Bauteile, zentral und versioniert verwaltet, jede Version mit ihren Messdaten.
Eine Assistenz, meist auf Basis eines Sprachmodells, die Fragen in normaler Sprache beantwortet und sich dafür auf Daten stützt.
Im Projekt Beantwortet Fragen zu Messungen und Modellen in normaler Sprache und weist auf Auffälligkeiten hin.
Unabhängig von diesem Projekt: Hochfrequenzelektronik ist ein Schwerpunkt unseres Gründers, und Messtechnik gehört zu dem, was unser Team abdeckt. Wir lesen Schaltpläne wie Quellcode und messen nach, bevor wir Firmware für eine Baugruppe schreiben. Dazu kommt Software, die rechnet: Numerik, Simulation und Machine Learning auf Messdaten.
Die VNA-Software mit KI-Assistenz ist ein Kundenprojekt von elsyQ für ein Unternehmen aus der Hochfrequenztechnik: Software für vektorielle Netzwerkanalysatoren (VNA). Sie nimmt die S-Parameter der HF-Bauteile auf und legt sie im Touchstone-Format ab. Aus den Messungen entstehen Modelle der Bauteile, die zentral und versioniert verwaltet werden, sodass jede Version auf ihre Messdaten zurückführt. Eine KI-Assistenz beantwortet Fragen zu Messungen und Modellen in normaler Sprache und weist auf Auffälligkeiten hin.
Ein vektorieller Netzwerkanalysator, kurz VNA, misst, wie ein Bauteil hochfrequente Signale reflektiert und durchlässt, nach Betrag und Phase; für solche Geräte hat elsyQ in einem Kundenprojekt Software gebaut. Er erfasst dazu an jedem Tor die zulaufende und die ablaufende Welle, über einen ganzen Frequenzbereich. Aus ihren Verhältnissen entstehen die S-Parameter.
S-Parameter, auch Streuparameter genannt, beschreiben, wie ein HF-Bauteil Wellen an seinen Toren reflektiert und durchlässt; genau diese Werte nimmt die VNA-Software auf, die elsyQ für ein Unternehmen aus der Hochfrequenztechnik gebaut hat. Jeder S-Parameter ist das Verhältnis einer ablaufenden zu einer zulaufenden Welle, als komplexe Zahl je Frequenzpunkt. Ein Zweitor wie ein Filter hat vier davon: S11 und S22 für die Reflexion, S21 und S12 für die Transmission.
Touchstone ist ein weit verbreitetes Textformat für S-Parameter, und in diesem Format legt die VNA-Software, die elsyQ für ein Unternehmen aus der Hochfrequenztechnik gebaut hat, die Messungen ab. Eine Optionszeile nennt Frequenzeinheit, Parameterart, Zahlenformat und Bezugswiderstand, danach folgen die Werte je Frequenzpunkt. Die Endung nennt die Zahl der Tore, eine Datei für ein Zweitor endet auf .s2p.
In der Software, die elsyQ für ein Unternehmen aus der Hochfrequenztechnik gebaut hat, werden die Modelle der HF-Bauteile zentral und versioniert verwaltet, und jede Version führt auf ihre Messdaten zurück. Allgemein macht Versionierung mit Herkunft Ergebnisse nachvollziehbar: Wer eine Version verwendet, sieht, aus welcher Messung sie stammt, und kann zwei Versionen anhand ihrer Daten vergleichen. Eine neue Version ersetzt dabei keine alte, sie kommt hinzu.
Die KI-Assistenz in der VNA-Software, die elsyQ gebaut hat, beantwortet Fragen zu Messungen und Modellen in normaler Sprache und weist auf Auffälligkeiten hin. Das Gespräch auf dieser Seite ist ein Beispiel mit berechneten Daten und zeigt nicht die Assistenz aus dem Projekt. Wie elsyQ allgemein trennt, was ein Algorithmus rechnet und was ein Sprachmodell formuliert, beschreibt die Seite Determinismus und KI.
elsyQ entwickelt Software für Messtechnik auch über dieses Projekt hinaus, von der Ansteuerung der Geräte bis zur Auswertung der Daten. Hochfrequenzelektronik ist ein Schwerpunkt des Gründers, Messtechnik gehört zu den Kompetenzen des Teams und Machine Learning auf Messdaten zu den Leistungen. Welche Geräte, Formate und Auswertungen Sie brauchen, klären wir am Anfang des Projekts.
Markenhinweis Touchstone ist ein Kennzeichen seines Inhabers und bezeichnet hier nur das Dateiformat für S-Parameter. elsyQ ist von diesem Inhaber unabhängig.
Zusammenarbeit
Erzählen Sie uns, was Sie messen und was am Ende dabei herauskommen soll. Wir sagen Ihnen, wie wir es bauen würden.