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5-2013

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HF-Praxis 5/2013

Messtechnik

Messtechnik Aufzeichnungsstart Aufzeichnungsende Zeitbasis (ns/Teilstrich) Anstiegszeit Bemerkungen A -100 ns 200 ns 30 80,6 ns Pulsmaximum nicht erfasst B -100 ns 300 ns 40 99 ns Pulsmaximum nicht erfasst C -100 ns 400 ns 50 114 ns Pulsmaximum nicht erfasst D -100 ns 500 ns 60 120 ns Anstiegszeit stabilisiert sich E -100 ns 900 ns 100 121 ns Anstiegszeit stabilisiert sich F -100 ns 1100 ns 120 122 ns Anstiegszeit stabilisiert sich G -100 ns 1900 ns 200 122 ns Anstiegszeit stabilisiert sich H -100 ns 2900 ns 300 122 ns Anstiegszeit stabilisiert sich I -100 ns 4900 ns 500 112 ns Anstiegszeit geht wieder zurück Tabelle 1: Anstiegszeit variiert mit unterschiedlichen Zeitbasis-Einstellungen -0.05 dB abgebildet – in beiden Fällen bezogen auf den Referenzpegel 100% in dBm. Diese Zahlen machen deutlich, dass das Grundrauschen des Instruments mindestens 20 dB unter dem Maximum des Signalpulses liegen muss, um die 1%- und 81%-Anstiegs- und Abfallzeiten korrekt zu messen. Tipp 3: Die gesamte ansteigende oder abfallende Flanke erfassen Beim Einsatz von Leistungsmessgeräten kommt es vor, dass verschiedene Einstellungen unterschiedliche Ergebnisse liefern. Damit stellt sich die Frage, welcher Messwert nun der richtige ist. In diesem Beispiel geht es um die Messung der Anstiegszeit mit Hilfe eines USB-Spitzen- und Mittelwert-Sensors U2021XA der Serie X von Agilent und einem Signalgenerator ESG als Signalquelle. Bei verschiedenen Zeitskalierungen liefert das Gerät unterschiedliche Zeitmessergebnisse. Des Rätsels Lösung: Die Differenz entsteht, weil der ESG rund 500 ns benötigt, um von (a) Leistungssensor im dBm-Modus (b) Leistungssensor im Watt-Modus Bild 2: Schirmbilder des U2021XA mit der Power Analysis Manager-Software N1918A Option 100. Durch Umstellen des Leistungssensors von der standardmäßigen dBm-Messung auf Watt ist leicht ersichtlich, dass der ESG rund 500 ns von -3dB bis zum Pulsmaximum benötigt. 22 hf-praxis 5/2013

Messtechnik Bild 3: Prozentualer Messfehler der Anstiegszeit des Leistungssensors U2020 Serie X über der Signalanstiegszeit des Prüflings 2 Anstiegszeit gemessen = √(Anstiegszeit Instrument + Anstiegszeit Prüfling2 ) Fehler Anstiegszeit = ((Anstiegszeit gemessen – Anstiegszeit Prüfling )/Anstiegszeit Prüfling ) x 100% –3 dB zum Pulsmaximum zu kommen (Bild 2b). Dieses Verhalten lässt sich einfach durch Umstellen des Leistungssensors von dB auf Watt beobachten. In Tabelle 1 stabilisieren sich die Ergebnisse, sobald die Zeitbasis-Einstellung 60 ns/Teilstrich erreicht. Jetzt kann der Leistungssensor die gesamte ansteigende Flanke bis zum Maximum bei 500 ns erfassen, wenn das Aufzeichnungsende auf 500 ns gesetzt ist. Wenn die Zeitbasiseinstellung lang genug ist, um das Pulsmaximum zu erfassen, liefert der Leistungssensor konsistente Ergebnisse. Ist die Zeitbasis allerdings auf ein zu langes Intervall gestellt, verschlechtert sich die Auflösung und die Messgenauigkeit beginnt zu sinken (Zeile I der Tabelle 1). Die Faustregel für genaue und konsistente Anstiegszeitmessungen: Mit der Zeitbasiseinstellung auf die ansteigende Flanke zoomen und sicherstellen, dass der Leistungssensor das Pulsmaximum oder den 100%-Referenzpegel erfasst. Gleiches gilt für die Messung von Abfallzeiten: Mit der Zeitbasis in die abfallende Flanke des Pulses zoomen und überprüfen, ob die Startzeit der Aufzeichnung das Pulsmaximum erfasst, bevor der Abfall beginnt. Tipp 4: Ein Messgerät wählen, dessen System anstiegszeit kürzer ist als die Signal anstiegszeit Um ein Radarpulssignal mit sehr kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten zu messen, sollte ein Instrument mit einer kürzeren System- Anstiegs- und Abfallzeit als die zu erwartende Signal-Anstiegsund Abfallzeit zum Einsatz kommen. Die Messunsicherheit lässt sich weiter reduzieren, wenn der HF-Puls direkt vom Prüfling (Device under test - DUT) ohne zwischengeschaltete Adapter oder Konverter kommt. Bild 3 zeigt den prozentualen Messfehler der Anstiegszeit eines USB-Spitzen- und Mittelwert-Sensors U2020 Serie X gegen die tatsächliche Anstiegszeit des Prüflings (DUT). Mit der Systemanstiegszeit des Sensors von 13 ns liegt der Messfehler eines Signals mit 13 ns Anstiegszeit bei 41%. Der Sensor kann also bequem ein Signal mit einer Anstiegszeit von mehr als 30 ns mit einem Fehler von unter 10% messen. Die Grafik (Bild 3) basiert auf der darunterstehenden Fehlergleichung: Genaue und konsistente Messungen der Anstiegs- und Abfallzeit von Pulssignalen sind nicht schwierig, wählt man das passende Instrument und stellt es richtig ein. Als erstes gilt es die richtigen Referenzpegel zu wählen, abhängig davon, ob das Signal in der Spannungs- oder in der Leistungs-Domäne vorliegt. Zweitens sollte das Grundrauschen des Instruments mindestens 20 dB unter dem Signalmaximum liegen, damit die Referenzpegel 1% und 81% sicher erreicht werden. Drittens muss das System die gesamte ansteigende oder abfallende Flanke einschließlich des Signalmaximums erfassen. Schließlich muss das Instrument schnell genug sein, um das Signal korrekt zu messen Mit einer Systemanstiegszeit von 13 ns, anwenderkonfigurierbaren Referenzpegeln, einem großen Dynamikbereich der Spitzenleistung und einem kompakten portablen Formfaktor sind die USB-Spitzen- und Mittelwert- Sensoren U2020 Serie X von Agilent ideal für Radarpulsmessungen. ◄ hf-praxis 5/2013 23

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel