Master's Thesis

Device for Measuring a Reflected High-Frequency Signal and Its Phase Shift

Final Thesis 13.08 MB

Author of thesis: Bc. Ivo Dovičák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Karel Juřík

Reviewer: doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis describes the design of a measurement device, which will characterize an unknown impedance based on the analysis of forward and reflected signal. Four possible implementations for the realization of such a device have been presented and discussed. The direct IQ demodulation approach was chosen as the most suitable. A block diagram of this variant is presented. Based on this block diagram, suitable components were selected for the implementation of the device.. This thesis also includes the firmware design for STM32 microcontroller and software design for a control computer. The frequency range of the designed device is 400 to 3000 MHz. The measurement device is intended for the characterization of RF excited plasma, which was considered during the design process.

Keywords:

reflection coefficient, ADL5380, phase shift, IQ demodulation, directional coupler, STM32, frequency mixer, VNA, vector network analyser

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentuje výsledky a postupy řešení závěrečné práce. Následně odpovídá na dotazy vedoucího a oponenta práce a na dotazy členů zkušební komise.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Electronics and Communication Technologies (MPC-EKT)

Composition of Committee

doc. Ing. Tomáš Frýza, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ladislav Polák, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Tomáš Urbanec, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Patrik Kamencay, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Karel Juřík

Student Ivo Dovičák vypracoval diplomovou práci v které se zabývá stavbou přípravku pro měření odraženého vysokofrekvenčního signálu. Ivo pracoval po celou dobu velmi samostatně, iniciativně přicházel s vlastními nápady a variantami řešení, ale současně všechny stěžnější kroky pravidelně a  dostatečně konzultoval. V práci se zabývá nejprve teoretickým úvodem, po kterém následuje diskuze různých přístupů k řešení zadané problematiky. Dále v práci popisuje jím vytvořené řešení, použité součástky, schéma a desku plošných spojů. Následuje popis firmware a obslužného programu pro propojení s počítačem a na závěr výsledky měření a jejich diskuze. Z výsledků vyplývá, že zařízení by mohlo být dále vylepšeno, kdy těmto případným úpravám návrhu je věnována samostatná kapitola. Zde směruje i největší (ale přitom stále drobná) výtka - k časovému rozložení práce. Odhalené možnosti vylepšení mohly být implementovány ještě v rámci této práce, což by vedlo k přípravku s lepší možností kalibrace a tedy i přesností měření. Pro tuto implementaci ale již nezbylo dostatečné množství času. Zadání práce však zcela splňuje již první, v práci popisovaná verze přípravku. I přes tuto drobnou nedokonalost práci hodnotím jako velice zdařilou, a i s přihlédnutím k faktu, že její výsledky dosahují dostatečné úrovně k tomu, aby byly dále využívány při VaV aktivitách, hodnotím 96 body. Points proposed by supervisor: 96

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

V diplomové práci popisuje Ivo Dovičák proces návrhu, vývoje a ověření měřicího zařízení pro komplexní charakterizaci odrazů výkonového vysokofrekvenčního signálu od bran elektrických obvodů.

Úvodní část je zpracována stručně, nicméně přehledně a s nezbytnou hloubkou podávaných informací. V minimální míře se zde vyskytují některé odborné nepřesnosti nebo chybějící informace. Příkladem je definice rozptylových parametrů s11 a s22, které představují poměr úrovně odraženého a přímého signálu na bráně obvodu. V textu práce je tento poměr obrácen. Zřejmě se ale jedná o nezamýšlený popis a autor si je vědom správné interpretace. Nebo dále je uveden chybový model měření činitele odrazu využívaný při kalibraci, který je sice dobře vysvětlen, ale chybí popisy významu chybových členů v rovnici (1.6). Z formálního hlediska by bylo vhodné upravit značení obecně komplexních veličin jako impedance nebo rozptylových parametrů.

V následující kapitole autor navrhuje a diskutuje možné přístupy k řešení vývoje měřicího zařízení. Vhodně při tom využívá aktuální zdroje informací a kriticky hodnotí použití různých moderních integrovaných obvodů aktuálně dostupných na trhu.

Pro vybraný přístup dále navrhuje vlastní originální řešení, které zohledňuje požadavky zadání na kmitočtový rozsah, úroveň měřeného signálu s uvažováním její variability a rovněž zohledňuje optimalizaci přesnosti měření. Po této části bych očekával kapitolu popisující alespoň stručně navržené obvodové řešení s odkazy na celkové schéma v příloze, ta zde ale chybí. Podstata návrhu je sice diskutována v předešlé kapitole, ale i přesto by se zde hodila uvést. Následně je popsán návrh čtyřvrstvé desky plošných spojů s motivy uvedenými v příloze. Vhodné by bylo uvést navíc také poziční plán součástek.

Značnou pozornost věnuje autor experimentálnímu ověření parametrů vyvinutého zařízení a vyhodnocení chyb měření. Výsledky měření porovnává s výsledky získanými pomocí referenčního přístroje a diskutuje příčiny chyb a rozdílů. Ty se mu podařilo vysvětlit a při měření také kompenzovat vhodným postupem. Ve vyvinutém zařízení identifikuje problém s měřením úrovně signálu jednoho ze vstupních kanálů, což je zřejmě způsobenou nepodrobnou dokumentací použitého integrovaného obvodu. Proto také navrhuje úpravu návrhu.

Celkově hodnotím práci jako výborně zvládnutou a doporučuji ji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. Popište a vysvětlete chybové členy v modelu na obr. 1.4.
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová