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3-2014

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Messtechnik Bild 2:

Messtechnik Bild 2: Anpassglied 75/50 Ohm, Spannungsteilung und Leistungsverluste – Dämpfung 0.96 mW. Beide Kontrollansätze liefern den gleichen Wert, der Spektrumanalyzer zeigt eine um – 0.18 dB geringere Leistung an. Nun wird in der 75-Ohm-Welt vielfach mit Spannungspegeln in dBµV gearbeitet und eher weniger mit Leistungswerten in dBm. Bild 1 zeigt in den blau hinterlegten bzw. eingerahmten Bereichen die Rechenwege auf. Herrscht Anpassung (75 Ohm / 75 Ohm), dann liefert der Generator an seinen Anschluss eine Spannung von 273.9 mV bei einem Milliwatt Leistung. In dB ausgedrückt gehört zu 1 mW an 75 Ohm ein Spannungspegel von 108.8 dBµV. Aufgrund der ungleichen Spannungsteilung durch den 50-Ohm- Fehlabschlusses stehen am 50-Ohm-Lastwiderstand (Analyzer) 219.1 mV an. Drückt man diese Spannung als Pegel in dBµV aus, so erhält man einen Wert von 106.8 dBµV. Das verdeutlicht, dass die Korrekturen bei Leistungspegel- und Spannungspegelangaben unterschiedlich sind. Bild 1 illustriert dies als Gegenüberstellung durch einen roten Rahmen um die jeweiligen Werte. Theoretisch wäre es nun möglich bei einer Messung die Abweichungen durch die nun Bild 3: Zusammenhänge der Pegel in den 75- und 50-Ohm-Systemen 10 hf-praxis 3/2014

Messtechnik Bild 4: Anpassglied 50/75 Ohm, Spannungsteilung und Leistungsverluste – Dämpfung bekannten Korrekturwerte zu berichtigen. Bleiben wird jedoch, bedingt durch abweichende Systemimpedanz des Analyzers, die verursachte Fehlanpassung, welche immerhin zu einem Reflexionsfaktor von |r| = 0.2 bzw. zu einem VSWR von s = 1.5 führt. Um diesen Missstand zu beseitigen wird ein Anpassglied eingefügt. Beseitigen der Fehlanpassung durch Zwischenschalten eines Anpassglieds Anpassglieder werden von div. Herstellern in unterschiedlichen Steckervarianten angeboten. Für die Ausführung der Schaltung gibt es nicht viel Spielraum, sie ist eigentlich bei allen Varianten gleich. Den überwiegenden Anteil wird man als resistive Schaltung vorfinden, eher selten wird man auf induktive Varianten mit Trafo stoßen, deren Frequenzbereich, wie wir nachfolgend noch sehen werden, wesentlich eingeschränkt ist. Eine resistive Schaltung wird physikalisch bedingt natürlich Verluste bzw. Dämpfungen verursachen. Diesen Umstand wollen wir nun genauer untersuchen und dabei herausarbeiten, was bei der Handhabung eines Anpassglieds zu beachten ist. Auch wenn durch die ohmschen Widerstände Verluste entstehen so ist dieses Konzept bzgl. Breitbandigkeit unschlagbar. Bild 2 zeigt links oben die Schaltung des Anpassglieds (grau unterlegter Bereich), es handelt sich um einen einfachen Spannungsteiler dessen Widerstände so bemessen sind, dass sich, unter Einbeziehen des jeweiligen korrekten Abschlusses an den „Gegen-Ports“, Anpassung auf der entsprechenden Seite einstellt. Um dieses Zusammenspiel zu verdeutlichen wurden die beteiligten Widerstände in einem Ersatzschaltbild herausgezeichnet (Bild 2 Mitte). Die Widerstände R2 und RL des Analyzers bilden eine Parallelschaltung und führen zu einem Gesamtwiderstand von 31.7 Ohm. Dazu liegt nun in Reihe R1 mit 43.3 Ohm. Aus Sicht der Quelle addieren sich die beiden Werte (31.7 + 43.3) zu 75 Ohm, womit die Anpassung zum Generator hergestellt ist (dargestellt in Bild 2 oben rechts). Unterhalb der Schaltbilder wurden Berechnungen für den Fall einer am Generator eingestellten Leistung von 0 dBm (1 mW) dargestellt. Im 75-Ohm-System wird für 1 mW Leistung eine Spannung von 273.9 mV an der Anschlußbuchse des Generators anliegen (UG). Diese Spannung verteilt sich entsprechend der Widerstände, die einzelnen Werte sind im Schaltbild eingetragen. Am Port des Analyzers liegen 115.77 mV an. Aus dieser Spannung bildet der Analyzer seine Anzeigewerte. Berechnet man aus dieser Spannung und dem 50-Ohm-Systemwiderstand die Leistung (grün unterlegter Rechenweg), dann erhalten wir 0.268 mW was einem Leistungspegel von – 5.72 dBm entspricht. Da am Eingang des Anpassglieds 0 dBm vorliegen und am Ausgang – 5.72 dBm gemessen werden kann der Rückschluss gezogen werden, dass die Dämpfung des Anpassglieds mit 5.72 dB veranschlagt werden muss. Der Leistungspegel der 75-Ohm-Seite ergibt sich indem der Anzeigewert um 5.72 dB angehoben wird. Wie gestalten sich die Verhältnisse bei den Spannungen? Auf der 75-Ohm-Seite liegen 273.9 mV (Generatorspannung) an, was einem Spannungspegel von 108.8 dBµV entspricht. Wie bereits ermittelt, liegen am Port des 50-Ohm-Analyzers 115.77 mV an. Das entspricht 101.3 dBµV. Aus deren Differenz ergibt sich der Korrekturwert von 7.5 dB! Wurde die Skalierung am Analyzer auf dBµV/Div eingestellt, dann muss der angezeigte Wert um 7.5 dB angehoben werden, um den tatsächlich auf der 75-Ohm-Seite herrschenden Spannungspegel zu erhalten. In Bild 2 sind die notwendigen Rechenwege farbig unterlegt (Leistung grün, Spannung blau), die gegenübergestellten Rechenergebnisse wurden rot eingerahmt. Das Anpassglied verhilft uns zur optimalen Anpassung der beiden zusammengeschalteten unterschiedlichen Systemwiderstände, der Preis dafür liegt in einer nicht unerheblichen Dämpfung. Moderne Analyzer verfügen über eine Umschaltung zwischen 50 Ohm und 75 Ohm für die gewünschte Skalierung. Dabei wird jedoch nicht die Systemimpedanz des Eingangsports verändert sondern nur die Bewertung der anstehenden Signale korrigiert. Für den Leistungspegel werden 5.72 dB, für den Spannungspegel 7.5 dB automatisch addiert. Bild 3 fasst die Zusammenhänge für ein weiteres Messbeispiel in grafischer Form zusammen: Links die dBm- und dBµV-Skale der 75-Ohm-Seite. An der Quelle herrscht ein Pegel von 107.5 dBµV. Die grüne Fläche illustriert die Leistungsminderung durch das Anpassglied. Auf der hf-praxis 3/2014 11

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel