Michael Hiebel. Grundlagen der vektoriellen Netzwerkanalyse

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1 Michael Hiebel Grundlagen der vektoriellen Netzwerkanalyse

2 INHAI.I Inhalt 1 Einfiihrung Was ist ein Netzwerkanalysator? Wellengroften und S-Parameter Warum vektorielle Netzwerkanalyse? Ein Schaltungsbeispiel 18 2 Aufbau eines heterodynen N-Tor-Netzwerkanalysators Blockschaltbild Aufbau des Testsets Konstanz der a-welle Reflexionsgleichlauf Direktivitat Messtoranpassung und Mehrfachreflexionen Zusammenfassung Ausblick Realisierung des direktiven Elements Messbrucke Leitungskoppler Andere Realisierungen Weitere Komponenten des Testsets Empfangereichleitungen Generatoreichleitungen Aktive und passive Testsets Generator Referenz- und Messkanalempfanger Messablauf Ablauf der S-Parametermessung 54

3 GRUNDLAGEN DF.R VEKT0R1ELLEN NETZWERKANALYSE Messdatenverarbeitungskette Messkurvenerzeugung Wesentliche Einstellmoglichkeiten Benutzeroberflache Messablaufparameter Darstellungsparameter Geratefernsteuerung Nutzung einfacher Digitalsignale Protokollfahige Schnittstellen Automatisierung Vereinfachte Realisierungen N+1-Messstellenanalysator Netzwerkanalysator mit N-Tor-Schaltmatrix 78 3 Messgenauigkeit und Kalibrierung Reduzierung zufalliger Messabweichungen Thermische Drift Wiederholgenauigkeit Rauschen Korrektur systematischer Messabweichungen Nichtlineare Einfliisse Lineare Einfliisse Kalibrierstandards Koaxiale Kalibrierstandards Hohlleiterkalibrierstandards Streifenleitungs-Kalibrierstandards Koplanare Kalibrierstandards Einheitliches Modell der Kalibrierstandards Lineare Fehlermodelle und Kalibrierverfahren 3-Term-Modell (OSM-Verfahren) 7-Term-Modell (TOM-, TRM-, TRL-, TNA-, UOSM-Verfahren) 10-Term- und 12-Term-Modell (TOSM-Verfahren) 15-Term-Modell (TOM-X-Verfahren)

4 INHAI.T Adapter und nicht einfugbare Messobjekte Unvollstandige Kalibrierverfahren Praktische Hinweise zur Kalibrierung Verifikation T-Check und Beatty-Standard Messung der effektiven Systemdaten Grundbegriffe der Statistik Messunsicherheitsanalyse Riickfiihrbarkeit Internationales Einheitensystem Pseudoeinheiten db und dbm Wichtige Sl-fremde Einheiten Organisation der Riickfuhrbarkeit Riickfiihrung eines Netzwerkanalysators Lineare Messungen Durchfuhrung einertom-kalibrierung Durchfuhrung einer TNA-Kalibrierung Messung des Reflexionsfaktors und des SWR Messung des Transmissionsfaktors Messung der Gruppenlaufzeit Messung der Phasenlaufzeit, automatischer Langenversatz Messung der Stabilitat Messung mit Embedding Messung mit Deembedding Messung balancierter Leitungen 188

5 - GRUNDLAGEN DER VEKTORIHLI.EN NETZWERKANALYSE 4.11 Messung des Fern- und Nah-Nebensprechens Filter mit balanciertem und unbalanciertem Tor, Imbalance und Gleichtaktunterdriickung Messung von Schaltzeiten und Drift Messungen an Verstarkern im Pulsbetrieb Messung des Wirkungsgrads Zeitbereichsmessungen Zeitbereichsbeschreibung Impuls- und Sprungantwort Zeitbereichsdarstellung linearer HF-Schaltungen Zeitbereichsreflektometrie mit dem Oszilloskop Fourier-Transformation Numerische inverse Fourier-Transformation inverse diskrete Fourier-Transformation Fensterung Bandpassmodus Rechenzeitoptimierte Transformationen Nutzung der Zeitbereichsoption Bedienung des Tiefpassmodus Bedienung des Bandpassmodus Vorteile durch Extrapolation Reihenfolge der Verarbeitung Zeittor Tabellen und Diagramme Impuls- und Sprungantworten wichtiger Reflexionsfaktoren Gegenuberstellung wichtiger Fensterfunktionen Gegenuberstellung wichtiger Zeittore Diagramm zur Bestimmung des Eindeutigkeitsbereiches 267

6 INHALT 6 Messbeispiele zur Zeitbereichsmessung Messung einer Leitung mit Storstelle Messungen an einem Oberflachenwellenfilter im Zeitbereich Dreidimensionale Ortung von Materialeinschliissen Messung der komplexen effektiven Systemdaten und OSML-Kalibrierung Nichtlineare Messungen Ausstattungsmerkmale fiir nichtlineare Messungen Pegelregelung Generatorpegelkalibrierung Empfangerpegelkalibrierung Pegel-Sweep Mehrquellenkonzept Frei konfigurierbarer frequenzumsetzender Modus Zugang zu den Generator- und Empfangersignalen Leistungsmesskopfe als Messstellen Externe Generatoransteuerung Weitere Ausstattungsmerkmale Messung des Kompressionspunktes Messung einer Detektorkennlinie Harmonische Modell der harmonischen Verzerrungen Messung der Harmonischen und ihres Intercept-Punktes Intermodulation Modell der Intermodulationsverzerrungen Messung der Intermodulationsprodukte und ihres Intercept-Punktes 318

7 GRUNDLAGEN DER VEKTORIKLLEN NETZWERKANALYSE 7.6 Nachverstarkte Quelle mit externem Testset Messung der Hot-S-Parameter Load-Pull-Messungen Echtbalancierte Messungen Mischermessungen Signale und Kenngroften am Mischer Signale am Mischer Mischprodukte hoherer Ordnung Wichtige Mischerparameter Ausstattungsmerkmale fur die Messung von Mischern Mischermessmodus Anschluss eines Referenzmischers Beispiel fur eine Mischermessung 348 I 8.4 Beispiel fur eine frequenzumsetzende Messung an einem HF-Signalzug Frequenzbereichserweiterung Antennen- und Radarriickstreumessungen Antennenmessungen Wichtige Antennenmessgrbfien Radarriickstreumessungen Schlusswort und Danksagung 373

8 A Anhang 374 A1 Mathematische Grundlagen 374 A1.1 Komplexe Zahlen 374 A1.2 Matrizenrechnung 377 A2 Wichtige Formelzeichen und Grofien 380 A3 Verwendete Schaltzeichen 385 A4 Akronyme und Abkiirzungen 386 A5 Abbildungsnachweis 390 A6 Literaturliste 392 A6.1 Eine Auswahl von Applikationsschriften 392 A6.2 Biicher, wissenschaftliche Publikationen und Standards 393 A7 Index 398 A8 Die aktuellen Netzwerkanalysator-Modellreihen von Rohde&Schwarz 415