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4-2012

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HF-Praxis 4/2012

Messtechnik Bild 7: RG58

Messtechnik Bild 7: RG58 und RG 59 gleicher mechanischer Länge diese Auflösung nur mit einem sehr hochwertigen Gerät erreichbar. Die blaue Kurve gehört zu einem Präzisions-Dämpfungsglied. Weder seine Dämpfung noch die optimierte Anpassung des Messobjekts nimmt nachteiligen Einfluss auf die Phasenmessung. Mechanische Länge Bisher haben wir nur die Laufzeit und elektrische Länge betrachtet, welche in der Regel auch eher praxisrelevant sein dürfte. Ein typisches Anwendungsbeispiel ist die Ermittlung einer Offsetlänge zur Korrektur bei vektoriellen Messungen. Aus der elektrischen Länge kann bei Bedarf über den Verkürzungsfaktor die mechanische Länge bestimmt werden. Durch Materialstreuungen und Inhomogenitäten birgt der Wert des Verkürzungsfaktors aus einem Datenblatt teilweise erhebliche Toleranzen. Damit erhebt die mechanische Länge nicht unbedingt den gleichen Anspruch auf Genauigkeit wie die zuvor ermittelte elektrische Länge. Eine Leitungsstrecke ist u.U. zusammengesetzt aus mehreren Komponenten, deren Materialien unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten aufweisen, womit die Festlegung auf einen einzelnen Verkürzungsfaktor sowieso fehlschlägt. Wenn nicht z.B. die räumliche Suche einer Fehlerstelle die mechanische Länge erforderlich werden lässt, so ist die Laufzeit bzw. elektrische Länge von koaxialen Bauelementen eine zuverlässige Größe. Einfluss einer Fehlanpassung Eine immer wieder gestellte Frage: Wie beeinflusst eine Fehlanpassung die Laufzeitbzw. Phasenmessung? Der Analyzer verfügt in der Regel über 50-Ohm-Ports, vor der Messung wurde eine Kalibrierung (TOSM) durchgeführt, der gesamte Messaufbau damit auf 50-Ohm-Komponenten optimiert. Ein Versuch soll Klarheit zu dieser Frage schaffen. Dafür wurden zwei mechanisch gleich lange Messkabel gefertigt: das erste Kabel besteht aus RG58 (50 Ohm), das zweite aus RG59 (75 Ohm). An beiden Kabelstücken wurde eine Phasenmessung vorgenommen, das Ergebnis zeigt Bild 7: blaue Kurve 50 Ohm, orangene Kurve 75 Ohm. Wir stellen fest: Eine Fehlanpassung beeinflusst die Laufzeitmessung nicht, beide Kabel haben (fast – die geringe Differenz ist fertigungsbedingt) die gleichen Phasen- und Laufzeitwerte. Die orangene Kurve wurde aus Gründen der besseren Sichtbarkeit mit der Skalierung um eine Teileinheit nach oben geschoben. Dass tatsächlich eine Fehlanpassung auftritt, zeigt das eingefügte Smithdiagramm, die Ortslinie (orange - 75 Ohm) zeigt den typischen Verlauf einer Leitungstransformation bei Fehlanpassung, während die blaue Ortslinie zu einem Punkt bei 50 Ohm zusammenfällt. Phasenleitungen, Anpasstöpfe, koaxiale Bauteile die von 50 Ohm abweichende Impedanzen aufweisen, lassen sich ohne weiteres mit dem 50-Ohm-Analyzer auf ihre elektrische Länge vermessen und optimieren. Transfermessung versus Reflexionsmessung Die Phasenmessung wurde als Transfermessung (S-Parameter S21) ausgeführt, es müssen also beide Enden des Messobjekts zugänglich sein. Der vektorielle Netzwerkanalyzer kann Phasenmessungen auch im „Eintorbetrieb“, also Reflexionsmessung - S11, durchführen. Stellt sich die Frage: Kann die Laufzeit- bzw. elektrische Längenmessung auch mit der Reflexionsmessung durchgeführt werden? Das kann bedingt erfolgen, ist jedoch nicht unbedingt empfehlenswert. Die Phasenmessung von S11 basiert auf einer Reflexion, dies setzt voraus, dass eine ausreichend schlechte Anpassung vorliegt, denn sonst entsteht ja keine Reflexion. Keine Frage, dass ein offenes Kabelende diese Bedingung voll erfüllt. Enthält das Messobjekt zu verschiedenen Frequenzen resonante Stellen (z.B. bei Antennen, Stubs) entsteht dort eine starke Absenkung der reflektierten Welle, welche die Pegelmessgrenze des Analyzers unterschreiten kann. Wenn an diesen Stellen keine Magnitude ermittelt wird, können auch keine Werte des Phasenwinkels zugeordnet werden, die aufgezeichneten Werte über dem Sweepbereich werden Lücken aufweisen. Bauteile, wie z.B. das Präzisionsdämpfungsglied, könnten so nicht vermessen werden, denn seine Widerstandbeschaltung weist 50 Ohm, also Anpassung auf, die Reflexion S11 wird sehr gering ausfallen, und damit unter die Pegel-Messgrenze fallen. Werden die beschriebenen Randbedingungen beachtet ermöglicht der vektorielle Netzwerkanalyzer Längenmessungen in ausgezeichneter Genauigkeit.◄ Joachim Müller 24 hf-praxis 4/2012

Messtechnik Kosteneffiziente Leistungsmessungen in der Produktion Leistungsmessungen in der Produktion müssen exakt und schnell sein. Dadurch können Durchlaufzeiten verkürzt und die Produktivität erhöht werden. Die neuen Zwei-Pfad-Dioden-Messköpfe R&S NRP-Z211 und NRP- Z221 von Rohde & Schwarz bieten hohe Messgeschwindigkeit und -genauigkeit für einen preissensitiven Markt. Mit den beiden neuen Modellen R&S NRP-Z211 (bis 8 GHz) und R&S NRP-Z221 (bis 18 GHz) rundet Rohde & Schwarz sein Portfolio an Mehrpfad-Dioden-Messköpfen nach unten ab. Damit sind Leistungsmessungen unabhängig von Signaltyp, CW oder modulierten Signalen über einen Dynamikbereich von 80 dB (-60 dBm bis +20 dBm) möglich. Der Rauschanteil liegt um den Faktor zwei niedriger als bei vergleichbaren Lösungen am Markt. Dadurch wird eine vier mal höhere Messgeschwindigkeit erreicht. Die Messköpfe nutzen die bewährte und patentierte Mehrpfadtechnologie von Rohde & Schwarz. Die 67-GHz-Nichtlinear-Vektor-Netzwerkanalysator Agilent Technologies Inc. hat den Frequenzbereich seines Nichtlinear-Vektor-Netzwerkanalysators PNA-X auf 67 GHz erweitert und stellte ein neues 67-GHz-Phasenreferenz-Kalibriernormal dafür vor. Mithilfe von X-Parameter-Messungen bis 67 GHz lässt sich das lineare und nichtlineare Verhalten des Messobjekts bei extrem hohen Frequenzen und großen Bandbreiten präzise modellieren. Agilents NVNA und die Advanced Design System Software bilden zusammen die weltweit erste Mess- und Simulationsumgebung für die Entwicklung nichtlinearer Komponenten. Mit der NVNA-Software erhält man einen wirklich umfassenden Einblick in das nichtlineare Verhalten des Messobjekts. Dadurch ist diese Lösung besonders nützlich für Wissenschaftler, die neue HF-Technologien erforschen, und für Ingenieure, die hochleistungsfähige aktive Bauelemente der nächsten Generation entwickeln. Der NVNA misst die X-Parameter, eine neue Kategorie nichtlinearer Netzwerkparameter für deterministisches Hochfrequenzdesign, die eine präzise Charakterisierung sowohl der linearen als auch nichtlinearen Bauteileigenschaften ermöglichen. Der neue 67-GHz-NVNA ermöglicht nichtlineare Hochfrequenzmessungen über einen sehr weiten Frequenzbereich. Das 67-GHz-Phasenreferenz-Kalibriernormal – eine Marktneuheit – ermöglicht präzise, rückführ- überlappenden Diodenpfade werden parallel gemessen und im Übergangsbereich gewichtet. Dadurch werden sowohl ein stetiger Pfadübergang gewährleistet als auch differenzielle Linearitätsfehler eliminiert. Zudem entfällt aufgrund paralleler Messungen beider Diodenpfade die Pfadumschaltung. So werden die Messgenauigkeit gesteigert und Messzeiten verkürzt. Die neuen Leistungsmessköpfe können am R&S NRP2 Grundgerät und nahezu an allen Signalgeneratoren, Spektrumanalysatoren und Netzwerkanalysatoren von Rohde & Schwarz betrieben werden. Zudem lassen sich die Messköpfe mit dem USB- Adapter R&S NRP-Z4 direkt mit einem PC nutzen. ■ Rohde & Schwarz www.rohde-schwarz.com bare Nichtlinear-Messungen bis 67 GHz mit dem NVNA. Das Phasenreferenz-Kalibriernormal erzeugt ein Kammspektrum von 10 MHz bis 67 GHz mit definierten Phasenbeziehungen zwischen den Frequenzen, rückführbar auf NIST (National Institute of Standards and Technology). Anhand dieser Phasenbeziehungen wird der NVNA für vektorielle Messungen bis 67 GHz mit hoher, spezifizierter Phasengenauigkeit kalibriert. Dadurch ist es jetzt möglich, aktive Komponenten, wie Sende-/Empfangsmodule, die eine genaue Messung und Vorhersage des Oberwellengehalts und der Verzerrungen bis 67 GHz erfordern, präzise zu charakterisieren und durch X-Parameter zu modellieren. ■ Agilent www.agilent.com hf-praxis 4/2012 25 Our store is open! www.elspec-store.de w. ec-s .d e www.elspec-store.de + Semi-Rigid Kabel + HF-Kabel + Low Loss Kabel + Steckverbinder P Top-Preise P auch Speziallösungen P ab Lager elspec GmbH Brunnenfeldweg 5a D-82538 Geretsried Tel. 08171 / 4357-0 info@elspec.de www.elspec.de www.elspec-store.de NEU

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