Herzlich Willkommen beim beam-Verlag in Marburg, dem Fachverlag für anspruchsvolle Elektronik-Literatur.


Wir freuen uns, Sie auf unserem ePaper-Kiosk begrüßen zu können.

Aufrufe
vor 9 Jahren

2-2013

  • Text
  • Wireless
  • Agilent
  • Bild
  • Energie
  • Frequency
  • Digital
  • Technologies
  • Measurement
  • Leistung
  • Applications
  • Mikrowellentechnik
HF-Praxis 2/2013

Messtechnik Flanken

Messtechnik Flanken unter der Lupe Tipps für genaue Messungen der Anstiegs- und Abfallzeit von Radar-Pulsen Das Messen der Ausgangsleistung gehört zu den grundlegenden Untersuchungen an Radarsystemen, schließlich bestimmt sie Reichweite und Auflösung. Üblicherweise interessieren die Parameter Pulsleistung, Pulswiederholintervall und Pulsbreite sowie die Anstiegs- und Abfallzeiten. Bild 1: IEEE STD-181-2011 definiert den Modalwert des Histogramms als Algorithmus zur Bestimmung der Referenzpegel Die Flankensteilheit der Signale ist für die Systembandbreite verantwortlich und beeinflusst die Erfassung und Identifizierung von Zielobjekten. Die Ermittlung der Anstiegs- und Abfallzeiten sollte daher sehr sorgfältig durchgeführt werden, um genaue und wiederholbare Ergebnisse sicherzustellen. Dieser Beitrag gibt dazu vier nützliche Tipps. Für exaktes Arbeiten ist es ist wichtig zu wissen, wie Messungen der Anstiegs- und Abfallzeit definiert sind. In IEEE STD- 181-2011, dem “IEEE Standard for Transition, Pulses, and Related Waveforms”, wurde der Ausdruck “rise and fall time”, also Anstiegs- und Abfallzeit, durch “transition duration, positive and negative” – etwa Übergangsdauer, positiv und negativ – ersetzt. Diese Übergangsdauer wiederum ist definiert als die zeitliche Differenz zwischen zwei Referenzpegeldurchgängen ein und derselben Signalflanke. Ist nichts anderes spezifiziert, sind das die 10%- und 90%-Referenzpegel. Von Sook Hua Wong Agilent Technologies 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 12 hf-praxis 2/2013

Messtechnik (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 -3 dB bis zum Pulsmaximum benötigt. Tipp 1: Die richtigen Referenzpegel setzen Die Standard-Referenzpegel 10%, 50% und 90% dienen üblicherweise als Marken für die Messungen von Anstiegsund Abfallzeit sowie Pulsbreite und Pulsdauer. Häufig hört man jedoch auch von Referenzpegeln 1%, 25% und 81%. Was ist nun das Verhältnis dieser beiden Referenzpegelsätze zueinander und welchen davon sollte man verwenden? Die Referenzpegel 10%, 50% and 90% sind typisch für Leistungswellenformen. Die meisten Zeitmessungen in Radarsystemen – etwa die der Zeit zwischen zwei Steuerpulsen – finden jedoch in der Spannungsdomäne statt. Da die Leistung proportional zum Quadrat der Spannung ist, sollten die Referenzpegel 10%, 50% and 90% in der Spannungsdomäne entsprechend skaliert und als Referenzpegel 1%, 25% und 81% in der Leistungs-Wellenform abgebildet werden. Um zu genauen Ergebnissen zu kommen, müssen die Referenzpegel der jeweils verwendeten Domäne entsprechen. IEEE STD-181-2011 definiert den Algorithmus, mit dem sich die Referenzpegel bestimmen lassen (Bild 1): 1. Erzeuge ein Histogramm mit Hilfe einer Anzahl äquidistanter Felder (“bins”) zwischen dem Minimum und Maximum der Wellenform 2. Teile die bimodale Verteilung in zwei Sub-Histogramme (Bild 2 zeigt nur den oberen Teil des Histogramms) 3. Die Referenzpegel ergeben sich aus dem Mittel oder Modalwert der Sub-Histogramme Die Leistungsmessgeräte N1911A/N1912A der Serie P von Agilent und die USB-Spitzen- und Mittelwert-Sensoren U2020 Serie X nutzen diesen Algorithmus zur Bestimmung der Referenzpegel 0% und 100% für genaue Pulsparameter-Messungen. Die standardmäßig voreingestellten Referenzpegel für Anstiegs- und Abfallzeit- sowie Pulsbreitenmessungen sind 10%, 50% und 90% des Pulsmaximums. Beide Leistungsmesser-Familien erlauben es dem Anwender, die Referenzpegel auf 1%, 25% und 81% (oder beliebige andere Werte) für das Arbeiten in der Spannungsdomäne einzustellen. Tipp 2: Sicherstellen, dass das Grundrauschen mindestens 20 dB unter dem Signalmaximum liegt Angaben über Leistungswellenformen nutzen häufig eine dB- Skala. Dazu werden die Referenzpegel 1%, 25% und 81% auf -20 dB, -6 dB und -0.1 dB, die Referenzpegel 10%, 50% und 90% auf -10 dB, -3 dB and -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 hf-praxis 2/2013 13

hf-praxis

PC & Industrie

© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel