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2-2023

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Parametern

Messtechnik Parametern des VNAs. Es ist zu beachten, dass die Besonderheiten der einzelnen Konfigurationen bei der Umstellung der Formeln zur Berechnung des maximalen Fehlers der S-Parameter berücksichtigt werden. Referenzen [1] V. G. Guba, A. A. Ladur, A. A. Savin, Classificaion and Analysis of Vector Network Analyzer Calibration Methods // Reports of the Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics. – 2011. – no. 2(24), part 1, pp. 149-155 Tabelle 1: Verifizierte Werte des VNA S5048 [2] D. F. Williams, A. Lewandowski, P. D. Hale, C. M. Wang, A., Dienstfrey Covariance- Based Vector- NetworkAnalyzer Uncertainty Analysis for Time- and Frequency-Domain Measurements // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 58, no. 7, pp. 1877- 1886, July 2010 Die Analyse der Formeln (14) und (15) zeigt, dass die Messfehlerstreuung der Impedanz und der maximale Fehler deutlich zunehmen, wenn |S 21 | abnimmt. Wenn die Impedanz des Prüflings steigt, nimmt der Betrag von S 21 ab, aber der Beitrag bestimmter effektiver Parameter eines Zweitor-VNAs zum Gesamtfehler des Übertragungskoeffizienten sinkt ebenfalls. Impedanzmessfehler und VNA-Parameter Nun ein Beispiel für die Berechnung des maximalen Impedanzfehlers und der optimalen Konfigurationswahl. Der maximale Fehler der primären Messungen kann in Form der effektiven VNA-Parameter (Tabelle 1) ausgedrückt werden (siehe Gleichungen im Kasten unter Tabelle 1). Der maximale Messfehler hängt also von der Größe des gemessenen Parameters ab, d.h. eigentlich von der Impedanz der Konfigurationsschaltung. Bild 1 zeigt die Berechnungsergebnisse mit (6), (11) und (15) unter Berücksichtigung von (16) und (17). Die maximale relative Fehlerfunktion des Impedanzbetrags ist auf einer logarithmischen Skala dargestellt. Analysiert man die Formeln (14) und (15), so sieht man, dass die Messfehlerstreuung der Impedanz und der maximale Fehler deutlich zunehmen, wenn |S 21 | abnimmt. Wenn die Impedanz des Prüflings steigt, nimmt der Betrag von S 21 ab, aber der Beitrag bestimmter effektiver Parameter eines Zweitor- VNAs zum Gesamtfehler des Übertragungskoeffizienten sinkt ebenfalls. Bei der Wahl der Konfiguration sollte man den maximalen relativen Fehler auf einen bestimmten Wert begrenzen, z.B. auf 10%. Auf dieser Grundlage zeigt die zusammenfassende Tabelle 2 die Bereiche, in denen die angegebenen Konfigurationen am besten geeignet sind. Sie enthält grundlegende Beziehungen für die Impedanzberechnung und Ausdrücke für die Beziehung zwischen dem Impedanzmessfehler und den effektiven [3] A. A. Savin, V. G. Guba, B. D. Maxson, Covariance Based Uncertainty Analysis with Unscented Transformation // 82nd ARFTG Microwave Measurement Conference, Nov. 2013, USA, pp. 15-19 [4] A. A. Savin, V. G. Guba, Determination of Residual Systematic Error After One-Port Calibration // Metrologist’s Bulletin, 2009, no. 4, pp. 16-21 ◄ Tabelle 2: Bereiche, in denen die angegebenen Konfigurationen am besten geeignet sind 42 hf-praxis 2/2023

Messtechnik Rauschparameter-Testlösungen für das D-Band Ihr Partner für EMV und HF Messtechnik-Systeme-Komponenten VNA-Extention-Module von VDI (Quelle: VDI) Die bsw TestSystems & Consulting AG, die seit 25 Jahren im Umfeld von schlüsselfertigen Systemen für die On-Wafer-Messung zuhause ist, liefert jetzt auch Rauschparameter-Testlösungen im Bereich D-Band (110 bis 170 GHz) und ist damit wegweisend. Hintergrund: Die Entwicklung der letzten Jahre hat einen rasanten Anstieg der Messfrequenzen erfordert und ist aktuell noch lange nicht am Ende. Während die breite Öffentlichkeit den roll-out von 5G-Produkten wahrgenommen hat, ist die Forschung für 6G schon längst in Gange – mit noch höheren Frequenzen und noch viel größerer Empfindlichkeit. Hier konnte die bsw TestSystems & Consulting mit einem neu entwickelten Aufbau Lösungen im D-Band-Bereich entwickeln, die ihre Leistungsfähigkeit schon in den letzten zwei Jahren unter Beweis gestellt haben und noch ihresgleichen suchen. Verwendung finden nur ausgewählte Qualitätsprodukte, weil gerade in den höheren Frequenzen jeder Qualitätsabfall einer Einzelkomponente die Messqualität signifikant verschlechtert. Die entscheidende Komponente eines solchen Aufbaus ist dabei aber nicht der Netzwerkanalysator, wie man vielleicht glauben könnte, obwohl diese meist teuerste Einzelkomponente zentral den Gesamtaufbau steuert. Nein, von besonderer Bedeutung für die Messfähigkeit des Aufbaus sind die Frequenzerweiterungen (Frequency Extender), die die Eigenschaften des VNAs überhaupt erst für den gewünschten Frequenzbereich verfügbar machen und exakt auf die Rauschquelle abgestimmt sein müssen. Hier nutzt die bsw TestSystems & Consulting bevorzugt die Produkte des Herstellers Virginia Diodes, der neben Standardprodukten, z.B. WR6.5VNAX, in verschiedenen physikalischen Größen auch kundenindividuell abgestimmte Sonderanfertigungen anbietet. Für die genaue Anpassung der Messkette sind in diesem Band Tuner von Focus Microwaves weitgehend alternativlos. In der Schemadarstellung für einen Kundenfall ist beispielhaft ein Aufbau dargestellt, der im Pfad 1 die S-Parameter-Messung ermöglicht. Durch das Zuschalten der Rauschquelle (Noise Source) können Rauschparameter gemessen werden. Das Signal wird hierfür an der Empfangsseite verstärkt, heruntergemischt und je nach IF Bandbreite gefiltert, um anschließend zum Noise Receiver des VNAs (meist ein PNA- X) durchgeführt zu werden. Als Downconverter wurde bei dieser Applikation ein MixAMC-I Modul von Virginia Diodes verwendet. Es besteht aus einer Mixer-Amplifier-Multiplier-Kette. Der Gesamtaufbau wird von bsw TestSystems & Consulting auf Wunsch automatisiert, sodass die übergeordnete Software die Messungen steuert und die Mess ergebnisse in einer Datenbank zur vereinfachten Auswertung ablegen kann. bsw TestSystems & Consulting info@bsw-ag.com www.bsw-ag.com Setup zur Rauschparameter-Extraktion in D-Band EMV- MESSTECHNIK Absorberräume, GTEM-Zellen Stromzangen, Feldsonden Störsimulatoren & ESD Leistungsverstärker Messempfänger Laborsoftware HF- & MIKROWELLEN- MESSTECHNIK Puls- & Signalgeneratoren GNSS - Simulation Netzwerkanalysatoren Leistungsmessköpfe Avionik - Prüfgeräte Funkmessplätze ANTENNEN- MESSTECHNIK Positionierer & Stative Wireless-Testsysteme Antennenmessplätze Antennen Absorber Software HF-KOMPONENTEN Abschlusswiderstände Adapter & HF-Kabel Dämpfungsglieder RF-over-Fiber Richtkoppler Kalibrierkits Verstärker Hohlleiter Schalter Tel. 089-895 565 0 * Fax 089-895 565 10 hf-praxis 2/2023 43 Email: info@emco-elektronik.de43 Internet: www.emco-elektronik.de

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