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8-2021

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik eines

Messtechnik eines Bandpassfilters zu messen (s. Bild 6) oder um einen Verstärker zu charakterisieren. Ähnlich wie bei der S11-Messung zeigt die Messung hier die Phase über den Frequenzbereich und die Gruppenlaufzeit mit dem RSAxN an (s. Bild 7). Messungen des Abstand-zu- Fehler-Parameters Bei der HF-Messung wird normalerweise der Frequenzbereich ausgewählt, da er für die Charakterisierung in diesem Bereich eine größere Bedeutung hat. Beispielsweise wird ein Filter im Frequenzbereich charakterisiert. In einigen Fällen ist es jedoch sehr nützlich, einen besonderen Blick in den Zeitbereich zu werfen, um die Impulsantwort eines Prüflings zu bewerten. Wenn die Phaseninformation verfügbar ist, besteht der große Vorteil, dass der Frequenzbereich (über die inverse schnelle Fourier-Transformation, IFFT) in eine Zeitdarstellung umgewandelt werden kann. Die Zeitansicht (Distance-to-Fault, DTF) hat verschiedene Vorteile. Sie kann dazu dienen, entweder einen Defekt an Kabeln aufgrund der Messung der Impulsantwort zu lokalisieren oder um eine Charakterisierung von Diskontinuitäten einer HF Schaltung oder einer besseren Ansicht der physikalischen Eigenschaften eines Prüflings darzustellen. In der folgenden Grafik/Formel ist ersichtlich, dass S11 (t) die Impulsantwort des Reflexionsfaktors S11 (ω) ist: Bild 7: S21-Messung mit Durchgangsdämpfung (grün), Phase (blau) und Gruppenlaufzeit (pink) Formel 6 Bild 8 zeigt den Frequenzbereich (S11) und die DTF-Messung eines Prüflings (zwei Kabel mit dazwischen liegenden Anschlüssen und einem 50-Ω-Abschluss am Ende). Der Frequenzbereich erfasst die Diskontinuitäten nur summarisch. In DTF sind die Reflexionspunkte jedoch leicht sichtbar und der genaue Abstand der Reflexionspunkte (z.B. aufgrund von Verbindern oder Kabelfehlern) wird mit einem Marker gemessen. Es ist erforderlich, die gleiche Kalibrierung wie bei der S11-Messung durchzuführen. Kalibrierung Ein wichtiger Bestandteil genauer Messungen ist das Kalibrierungsverfahren. Jede Messung enthält unterschiedliche Fehlermechanismen. Mit Kalibrierungsroutinen können diese minimiert und die Qualität der Messgenauigkeit erhöht werden. S11/DTF-Kalibrierung: D = Richtdämpfung, kommt von einer unvollständigen Signalaufteilung des Kopplers. MS = Source-Match-Fehler, kommt von einer unvollständigen Anpassung des Generators des VNA TR = Tracking-Fehler, kommt vom Frequenzgang der für die Signalaufteilung verwendeten Komponenten (wie Richtkoppler) sowie des Mischers und des internen Detektors Formel 7 In Bild 9 ist ein Fehlermodell für eine Ein-Port-Messung skizziert. Load-Kalibrierung: Bei Verwendung einer Impedanz von 50 Ω (Last) ist S11 A = 0 und S11 M = D (Richtschärfe vom Richtkoppler wird gemessen). Der VNA minimiert jetzt den Richdämpfungsfehler über den eingestellten Frequenzbereich. Nach dieser Kalibrierung beträgt die Richtschärfe des RSA5000N ca. 40 dB. Short/Open-Kalibrierung: Aus Sicht des Prüflings besteht eine Nichtübereinstimmung der Quelle (MS), wodurch eine Reflexionsschleife zwischen dem Prüfling und dem Sys- Bild 8: S11 logarithmisch (li.) und DTF-Zeitansicht der identischen Komponente (re.) 18 hf-praxis 8/2021

tem entsteht. Dieser Fehler ist sichtbar, wenn der Prüfling eine Nichtübereinstimmung anzeigt. Zusätzlich treten die Frequenzgangfehler (TR) aufgrund von Anschlüssen, Kabeln, internen Kopplern und Detektoren auf. Bei Open- (Leerlauf, S11 A = 1) und Short- (Kurzschluss, S11 A = -1) Kalibrierung gibt es zwei Gleichungen mit zwei Faktoren MS und TR, und der VNA kennt diese Werte. Die Kalibrierungsstandards Open/Load/Short und Through sollten sich ideal eignen, um z.B. mit Short r = -1 zu erreichen, aber das ist nicht der Fall. Beispielsweise enthält Open Streukapazität oder Short enthält Induktivität. Dies ist kein Problem, wenn das nicht ideale Verhalten von den Kalibrierstandards bekannt ist. Für das Rigol-Kalibrierungskit CK106A (DC bis 6,5 GHz) und das CK106E (DC bis 1,5 GHz) sind die Parameter bekannt und bereits in die RSAxN-Versionen integriert. In Bezug auf diese Werte ist nun eine genaue Kalibrierung möglich. Wenn ein zusätzliches Kalibrierungskit verwendet wird, müssen diese Parameter gemäß diesem Kit im RSAxN angepasst sein. Für die DTF-Messung müssen der Verkürzungsfaktor des Kabels (z.B. 0,7) und die Kabeldämpfung integriert werden, um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen. Beide Werte sind in der Spezifikation des Kabels definiert. S21-Kalibrierung Bild 9: Fehlermodell einer Ein-Port-Messung Bild 10: S11-Messung eines Bandpassfilters vor (dünne Linie) und nach (dicke Linie) Kalibrierung eines Ports Bild 11: S21-Messung eines Bandpassfilters vor (dünne Linie) und nach (dicke Linie) der Through-Kalibrierung Für die S21-Messung (Übertragungsfaktor) ist eine Through- Kalibrierung (Durchgangsnormal zwischen Kanal 1 und 2) erforderlich, um den Frequenzgangfehler zwischen der VNA- Quelle zum VNA-Eingang, der durch die Messkabel und die Steck-Verbindung entsteht, zu verringern. Bild 11 zeigt die Kurve vor und nach der Through- Kalibrierung. Die Serien RSA5000N und RSA3000N verfügen neben der neuen VNA-Funktion über vier zusätzliche Anwendungsmodi. Diese vier Modi umfassen RTSA (Echtzeit-Spektrumanalysator bis zu einer maximalen Bandbreite von 40 MHz), GPSA (sweep-basierter Spektrumanalysator mit hervorragender Leistung), EMI (EMV-Vorabkonformitätstests gemäß CISPR-Spezifikationen) und VSA (Vektorsignalanalyse) für unterschiedliche digitale Demodulation und Bitfehlermessung nur RSA5000N). Mit dem zusätzlichen VNA- Anwendungsmodus gehören die Serien RSA5000N und RSA3000N zu den vollständigsten HF-Testplattformen auf dem Markt. ◄ hf-praxis 8/2021 19

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