XIII.5 HF-Dämpfung. XIII.5.1 Kalibrierverfahren

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1 XIII.5 HF-Dämpfung XIII.5.1 Kalibrierverfahren XIII elektive Messung Die Messung von HF-Dämpfungen im von den Einrichtungen des abors abgedeckten Frequenzbereich wird an den vektoriellen Netzwerk-Analysatoren wie z.b. Hewlett Packard 875C, Rohde & chwarz ZNC und Agilent E861A nach vollständiger 7- (UOM) oder 1-Term- Kalibrierung (TOM, siehe XIII.) oder an einem selektiven Messempfängersystem wie E4440A/ N55 (Verbundbezeichnung Agilent N551) durchgeführt. Als Bezugsnormale stehen kalibrierte Dämpfungsgliedersätze zur Verfügung, die sowohl zur Bestimmung der inearitätseigenschaften als auch als Verifikationsnormale nach der Einkalibrieung der ysteme eingesetzt werden. Das Kalibrierverfahren ist ein Direktmessverfahren im Bezug zur Durchgangsmessung bei Kurzschluss von ender und Empfänger (THRU). Bei zeitnaher Durchführung von Bezugsmessung und Einfügen des Messobjektes kann ein Temperatureinfluss bei Umgebungsbedingungen und Kurzzeitstabilitäten von 1 K sehr klein gehalten werden werden. Wird das Messempfängersystem verwendet, so wird am Ausgang des Generators (z.b. R& MP0) mindestens ein Präzisionsdämpfungsglied eingesetzt (z.b. Weinschel Modell ) um Quelltoranpassung, Pintiefengeometrie und Konnektorwiederholbarkeit zu verbessern (ähnlich zu XIII.1.1.). Zur Bestimmung der Wiederholbarkeit wird mindestens am Anfang und Ende der Messung der Nullwert bestimmt, der für die Gültigkeit der Ergebnisse deutlich besser als 0,01 reproduzierbar sein muss. Die Rückführung der Messgröße HF-Dämpfung erfordert das Vorhalten eines direkt rückgeführten Abschwächers oder Dämpfungsgliedersatzes als Bezugsnormal (siehe auch. EA-10/1: ). Ein aus Einzelabschwächern (z.b., 6, 10, 0, 0, 40 ) bestehender Abschwächersatz kann dann direkt oder durch entsprechende Kaskadierung für die Rückführung der Messgröße Dämpfung oder Anzeigelinearität (siehe XIII.5.6) Dynamikbereiche bis etwa 100 abdecken. Die abgeleitete Messgröße wird in diesem Fall also direkt über die Messgröße Dämpfung rückgeführt. Bezugsnormal (Abschwächersatz) Gebrauchsnormal (VNA oder Messempfänger) Messobjekt (Dämpfungsglied) schematische Bezugsnormal-Rückführung über Abschwächer(-satz) 1

2 VNA Port VNA Port Port1 Port1 DUT Bild XIII.5.1 THRU am VNA Bild XIII.5. Bestimmung der Dämpfung des Messobjekts VNA Port Port1 Normal Bild XIII.5. Verifikation am Bezugsnormal Generator z.b. R& MP HF Out z.b. + m z.b. 10 MHz. Ref. Messkopf Messempfänger Bandbreite <10 Hz Generator z.b. R& MP HF Out z.b. + m z.b. 10 MHz. Ref. DUT / Normal Messkopf Messempfänger Bandbreite <10 Hz Bild XIII.5.5 Messung des Messobjekts bzw. Verifikation am Normal XIII Verifikation und Herstellung der Rückführbarkeit oder Kalibrierung der Anzeigeabweichung von Dämpfungsmessgeräten Nach der Bezugsmessung gegen 0 -Durchgang, erfolgt vor der Messung üblicherweise eine Verifikation gegen mindestens eines der Bezugsnormale des Dämpfungsgliedersatzes ähnlichen Nennwertes (oder der Kaskadierung derer) zur Validierung der Messunsicherheit unter der Bedingung, dass ignifikanz dann gegeben ist, wenn die Bezugsnormalunsicherheit kleiner oder gleich der zu überprüfenden Unsicherheit sein muss. Eine Verifikation gilt als erfolgreich, sobald die Messabweichungen zwischen Verifikation Verifikation und Normal Normal kleiner sind als die kombinierten Unsicherheiten der Messung U Verifikation und denen des Normals U Normal (En-Werte kleiner als 1). Verfikation Normal E n 1 U U Verifikation Normal Im Regelfall werden bei den Verifikationen deutlich kleinere Werte als 1 erzielt. Bei grenzwertigen Ergebnissen mit E n -Werten >0,8 wird das Messsystem auf mögliche Fehler wie Verschleiß oder Verunreinigung der Kabel und Konnektoren geprüft. Werden die Bezugsnormale am kalibrierten VNA gemessen, so erhält man also Aufschluss über die Qualität der ystemkorrektion bzw. die Abweichung und die zu erwartende Messunsicherheit, da die Unsicherheit dieser Messung im Wesentlichen durch die Unsicherheit der verwendeten

3 Bezugsnormale dargestellt wird, wenn angenommen werden kann, dass darin bereits ein Anpassfehler an einem guten Messobjekt wie einem korrigierten VNA bereits enthalten ist: U Verifikati on U BN U DUT U BN U noise Ucable Umismatch UBN U BN Unsicherheit des Reflexionsfaktor des Verifikationsnormals aus dem Kalibrierschein (Normalverteilung, k=) U DUT Beitrag des Messobjekts bzw. dessen Anschluss, zusammengesetzt aus Anzeigerauschen U noise, Fehlanpassung U mismatch und Einfluss der Kabelbiegung U cable (vgl. XIII.5.) Das Verfahren kann somit auch zur Kalibrierung der Anzeigelinearität (inearitätsabweichung) beliebiger Empfänger verwendet werden. Werden dabei Bezugsnormmale aus demselben atz kaskadiert, sind diese üblicherweise korreliert.. Bei vollständiger Korrelation (Korrelationskoeffizienten gleich Eins, bspw. bei Verwendung von Dämpfungsgliedern eines atzes und derselben Rückführkette) muss dann die Messunsicherheit jedes einzelnen Dämpfungsglieds linear in die Unsicherheit der inearitätsmessung eingehen: U in n i1 U BN i n i1 U BN i U noise U cable U mismatch U in Unsicherheit der Anzeigeabweichung des Messobjektes (Unsicherheit der inearitätsabweichung) U BNi Unsicherheit des i-ten Dämpfungsnormals bei Kaskadierung mehrerer Dämpfungsglieder desselben atzes unter Berücksichtigung deren Korrelation untereinander (identische Rückführung) Bei Verwendung von Dämpfungsgliedern mit unterschiedlichen Rückführketten, also unkorrelierten Bezugswerten, wird die gewurzelte Quadratesumme als kaskadierte Bezugsnormalunsicherheit verwendet. Bei diesen Verfahren wird von der Austauschbarkeit mechanisch kompatibler Konnektoren (MA,,5 mm und,9mm) in Bezug auf den Messwert der Dämpfung ausgegangen, da die entstehenden Einflüsse auf den Reflexionsfaktor im Rahmen der Gesamtunsicherheiten eine unwesentliche Rolle spielen. Die Verifikation oder inearitätskalibrierung mit größeren als den durch die Kaskadierung des Bezugsnormalsatzes erzeugbaren Dämpfungswerte lässt sich durch weitere Kaskadierung mit am Netzwerkanalysator ausgemessenen Gebrauchsnormalen realisieren (z.b. weitere 10, 0 oder 0 ). XIII.5.1. Relative Kalibrierung mit HF-eistungsmesskopf Ähnlich zu Bild XIII.5.5 können ohne Zugriff auf das Messempfängersystem Dämpfungsglieder bis 0 an einem gut angepassten und linearem (Dioden-)eistungsmesskopf kalibriert werden. Kleine Messunsicherheiten werden hierbei bei Einsatz einer spektral reinen Quelle wie R& MP0 oder MP04 erzielt. Die Referenzierung erfolgt wie in Bild XIII.5.4 genauso direkt gegen einen Generator unter Berücksichtigung der Konnektorwiederholbarkeit. Da dieses Verfahren i.d.r größere Unsicherheiten als XIII erzielt sind die Messunsicherheitsberechnungen der Kombinationen der Normale lediglich in den mitgeltenden X-Tabellen hinterlegt. ie wurden durch Kontrollmessungen an

4 kalibrierten oder eingemessenen Dämpfungsgliedern verifiziert oder durch diese Testmessungen deren Kenngrößen der zu erwartenden Unsicherheit ermittelt. XIII.5. Messunsicherheit Die Modellgleichung zur Bestimmung des Wertes X des Messobjektes im 50 ystem in lässt sich formulieren zu: X Δ δbn δin δcrosstalk δcable δconn δtemp ΔMM mit = THRU - X Dämpfungsdifferenz der Anzeige zwischen THRU und Messobjekt THRU Anzeige bei Durchgangsmessung X Anzeige bei Anschluss des Prüflings BN Korrektion bedingt durch die Unsicherheit der Bezugsnormale (nur bei 1:1- Vergleich) in Korrektion bedingt durch die Nichtlinearität des Empfängers Crosstalk Korrektion bedingt durch Übersprechen oder Rauschen am Analysator Cable Korrektion durch Einflüsse der Kabelbiegung Conn Korrektion durch die Wiederholbarkeit der Konnektoren Temp Korrektion durch Temperatureinfluss Korrektion bedingt durch Fehlanpassungen (Mismatch) MM Messunsicherheitsbilanz i Die Dämpfungsdifferenz zwischen Normal und Messobjekt wird aus den Anzeigewerten berechnet und besitzt als Zahlenwert nur die Unsicherheiten der Wiederholung des Messergebnisses (Typ-A tandardunsicherheit der Beobachtungen). BN in Grundsätzlich steht das Verfahren in keiner kausalen Beziehung mit den exakten Werten der Bezugsnormale, die bei dieser Methode lediglich als Kontrollnormale eingesetzt werden. Bei einem 1:1-Vergleich identischer nominaler Dämpfungswerte ähnlich Bild XIII.5. wird jedoch die Unsicherheit (k=, normalverteilt) dieser Kontrollmessung als Einflussgröße verwendet, da andernfalls die weitergegebene Messunsicherheit tlw. deutlich die Unsicherheit der Kontrollmessung unterschreiten würde und eine sinnvolle Verifikation (Validierung des Verfahrens) auf Basis des En- Kriteriums nicht mehr möglich wäre. Zur Bestimmung der Nichtlinearität wurden die Referenz-Dämpfungsglieder (siehe II, Bezugsnormale, Pos. 5c) ausgemessen und die Abweichung zum Kalibrierwert in pro gemessener Dämpfung ermittelt (EA-10/1 Abschnitt 7..1). Ermittelte Abweichungsgrenzen liegen dabei typischerweie unterhalb von 0,001 / (z. B. Agilent E861A) bis 10 GHz bzw. 0,001 / bis 18 GHz und 0,00 / bis 40 GHz. Diese enthalten die Einflüsse des messbandbreitenabhängigen Empfängerrauschens und weiterer Nichtlinearitäten. Am Messempfängersystem ergeben sich laut Hersteller an den Umschaltgrenzen des internen Abschwächers bei 60 bzw. bei Zuschalten des Vorverstärkers bei 80 Dämpfung zusätzliche Beiträge durch den Eigenabgleich an diesen chwellen. Diese Einflüsse konnten zwar bei der Nichtlinearitätsbestimmung nicht signifikant nachgewiesen werden, werden jedoch mit einem maximalen Einfluss von jeweils zusätzlichen 0,005 basierend auf der Kurzeitstabilität beim Eigenabgleich abgeschätzt. Bei einem 1:1-Vergleich identischer nominaler Dämpfungswerte ähnlich Bild XIII.5. (Verifikation am Bezugsnormal) lässt sich der inearitätsfehler als Differenz der bekannten Werte des Bezugsnormals und der Messwerte abschätzen. 4

5 Crosstalk Durch Übersprechen oder Rauschen (ignal zu Rauschabstand) bedingte Korrektion auf die eingesetzten Empfänger. Die Ermittelung der maximalen Werte des Übersprechens CT in erfolgt durch Abschluss der Tore mit 50 möglichst bei angeschlossenem Messkabel. Die Auswirkung auf die Messunsicherheit kann formuliert werden zu: X CT 0 Crosstalk 0log 1 10 Cable Conn Temp MM Der Einfluss durch die Kabelbiegung ist z.t. bereits in den Beobachtungen enthalten und hängt vom verwendeten Kabeltyp und der Messfrequenz ab. Für die Berechnung der Messunsicherheit können typische Werte von 0,00 (bis 4 GHz), 0,005 (bis 1 GHz) und 0,01 (bis 40 GHz) angenommen werden. Von Frequenz, Messobjekt und teckerqualität abhängig ist die Wiederholbarkeit der teckverbindung. Deren Unsicherheit ist z.t. in der tandardunsicherheit der Beobachtungen enthalten, indem der Prüfling in verschiedenen um 10 oder 90 axial gedrehten Positionen gemessen wird, d.h. die teckverbindung gelöst und wieder neu verschraubt wird. Typische Werte bei sorgfältiger Handhabung sind dabei Maximalgrenzen von 0,004 (bis 4 GHz), 0,008 (bis 18 GHz) und 0,01 (bis 40 GHz). Der Temperatureinfluss wurde durch Beobachtung der 0 -inie über 15 Minuten gemessen. Es wurde festgestellt, dass dieser im gesamten Frequenzbereich unter 0,005 liegt. An den Ein- und Ausgängen sowohl bei THRU-Messung als auch des Messobjektes DUT treten Unsicherheiten durch Fehlanpassung auf. Der Netzwerkanalysator wird nach einer vollständigen Kalibrierung diese Einflüsse durch die ystemdatenkorrektion bereits auf die effektiven Quell- und asttoreinflüsse optimieren, am Messempfängersystem müssen diese Einflüsse anhand der gemessenen Messkopfreflexion und einer angenommenen Generatorreflexion abgeschätzt werden. Die Korrektion MM repräsentiert die umme aller systematischen Einflüsse, die von den effektiven Anpassungen des enders des Messsystems Γ ys,q, des Empfängers Γ ys, und den -Parametern des jeweiligen Dämpfungsgliedes xx verursacht werden. Für die Bestimmung eines Messobjektes nach Durchgangskalibrierung gilt [0]: MM 1 0log ys, Q 11 ys, 1 ys, Q ys, Q ys, ys, 11 ys, Q ys, 1 1 Die Reflexionsfaktoren des Messobjektes können gemessen werden, die effektiven ystemdaten der Netzwerkanalysatoren sind bekannt. Am Messempfängersystem erfolgt eine Abschätzung auf Basis der astanpassung des verwendeten Messkopfes und der angenommenen Quelltoranpassung des Generators. 5

6 XIII.5. Beispiel und tabellarische Darstellung der Messunsicherheitsbilanz Kalibrierung eines 55 Dämpfungsgliedes am Netzwerkanalysator Agilent E861A bei einer Frequenz von 1 GHz nach Verifikation zu einer Bezugsnormalkaskadierung aus 10 und 40. Die Reflexionsfaktoren des Messobjektes wurden zusammen mit der Unsicherheit der Reflexionsmessung zu maximal xx =0,05 bestimmt. Das Übersprechen und Empfängerrauschen bei einer Messbandbreite von 100 Hz wurde gemessen und beträgt mindestens 115. Für die Berechnung der Fehlanpassungsunsicherheit sind die ystemdaten Γ ys,q effektive Quelltoranpassung des NWA =0,005 Γ ys, effektive asttoranpassung des NWA =0,005 bekannt. Größe X i X chätzwert x i 55,05 Halbbreite a Verteilung in 0 0, Rechteck Crosstalk 0 0,009 Rechteck Cable 0 0,00 Rechteck Conn 0 0,004 Rechteck Temp 0 0,005 Rechteck MM 0 0,0046 U-verteilt X Unsicherheit u(x i) ensitivität skoeffizient c i Unsicherheitsbeitrag u i(y) 0, ,054 0, ,0050 0,00 0,001 0,00 1 0,00 0, ,009 0, ,00 55,05 N u( X ) ui ( y) 0,064 i1 rel. erweiterte Messunsicherheit(k=) U( x ) k u( x ) 0,05 Alternativ zur Bilanzbildung gemäß Abs. XIII.5. kann die Messunsicherheit einer Kalibriereinrichtung auch direkt aus den Verfikationsmessungen bei Auswertung ausreichender tichproben verschiedener Bezugswerte abgeschätzt werden. ie ergibt sich dann zu U PM U BN Δ PM U BN PM Unsicherheit des Reflexionsfaktor des Verifikationsnormals aus dem Kalibrierschein (Normalverteilung, k=) maximaler Betrag der beobachteten Differenz zwischen allen Referenzwerten verschiedener Dämpfungsnormale und an der Kalibriereinrichtung (Prüfmittel, z. B. NWA) gemessenen Werten als Grenze einer Rechteckverteilung 6

7 G 11 XIII.5.6 HF-Dämpfung Anzeigelinearität Anzeigelinearität mit (tufen-)abschwächer als Normal 1 Die Kalibrierung der Anzeigelinearität, z.b. von pektrumanalysatoren oder Messempfängern erfordert die stufenweise Messung der Anzeige bei bekannter Abschwächung des Eingangssignals. Die Kalibrierung erfolgt nach den in VDI/VDE/DGQ/DKD 6-11:00 Abs...5 bzw. VDI/VDE/DGQ/DKD 6-1:00 Abs...4 genannten Verfahren mit Hilfe schaltbarer externer tufenabschwächer oder (kaskadierter) Dämpfungsglieder (Unsicherheitsbetrachtung siehe Abs. XIII ). Der Kalibriergegenstand kann dabei ein beliebiger HF-Empfänger sein, in der weiteren Beschreibung wird jedoch von den typischen Messobjekten pektrumanalysator oder Messempfänger ausgegangen. Daneben kann das auf die Messgröße HF-eistung bzw. Wechselspannung rückgeführte Verfahren aus XIII..7. für die Messung der Anzeigelinearität oder ein kalibrierter eistungsmesskopf im Vergleich (XIII..1.) verwendet werden. Diese Verfahren können nur einen maximalen Dynamikbereich von 60 oder deutlich weniger abdecken. Für die Kalibrierung mit einem (tufen- )Abschwächer als Normal können Bereiche bis zu 10 oder durch weitere Kaskadierung sogar darüber abgedeckt werden. In der Praxis wird die Kalibrierung der Anzeigelinearität also nicht mit kaskadierten Bezugsnormalen durchgeführt. Bild XIII Messaufbau Kalibrierung tattdessen werden schaltbare Abschwächer guter der Anzeigelinearität [7] Wiederholbarkeit zum Beispiel wie oben genannt als Gebrauchsnormal eingesetzt, die kein wiederholtes ösen und Herstellen der Konnektorverbindungen erfordern. Die Charakterisierung der Dämpfungsstufen relativ zur Bezugseinstellung (z.b. ) eines solchen schaltbaren Abschwächers erfolgt am Messempfängersystem (Dämpfungsmessplatz) oder vektoriellen Netzwerkanalysator im besten Dynamikbereich mit kleiner Messunsicherheit. Deren Nichtlinearität oder Messabweichungen im Transfer über eine Bezugsnormalkalibrierung gemäß XIII sind bekannt und somit rückgeführt. Die abgeleitete Messgröße Anzeigelinearität wird dann also in zwei chritten über die Messgröße Dämpfung rückgeführt. Durch weitere Kombination mit Bezugs- oder Gebrauchs-Dämpfungsgliedern ist eine fast beliebige Erweiterung des Dynamikbereiches möglich. Bezugsnormal (Abschwächersatz) Dämpfungsmessplatz / Messempfänger / Netzwerkanalysator schaltbarer Abschwächer (Gebrauchsnormal) Messobjekt (HF-Empfänger) schematische Gebrauchsnormal-Rückführung über (Transfer-)Messempfänger Die Kalibrierwerte des Abschwächers sind damit rückführbar auf die in den n XIII.5.1 genannten Verfahren und können mit ihren berechneten Unsicherheiten dargestellt werden. 1 vgl. auch XIII..7., Kalibrierung mit inearitätsnormal und Abs. XIII

8 Die Zahl der Messfrequenzen und Messpunkte erfolgt entweder in Absprache mit dem Kunden, in Anlehnung an den Performance Test des Herstellers bzw. an die Werksrichtlinien für Kalibrierumfänge (Auswahl der Messpunkte). Üblicherweise wird bei 50 MHz in 5 chritten oder 10 chritten gemessen. Bild XIII.5.6. Anzeige am pektrumanalysator bei Kalibrierung der Anzeigelinearität [7] XIII Messunsicherheitsbilanz Die Unsicherheit beim Einsatz kaskadierter (Bezugs-)Dämpfungsnormale kann nach Abschnitt XIII abgeschätzt werden. Allgemein formuliert ie sich anhand der Modellgleichung DUT mit DUT = DUT DUT Normal in Noise Temp Res Anzeigedifferenz zwischen Anzeige in Ausgangsstellung DUT und Anzeige in Messstellung DUT DUT Anzeige des Kalibriergegenstandes in Ausgangsstellung DUT Anzeige des Kalibriergegenstandes beim Kalibrierwert in inearitätsabweichung des Kalibriergegenstandes Normal eingestellte Dämpfungsdifferenz des Normals Noise Korrektion durch das Eigenrauschen des Kalibriergegenstandes Temp Korrektion durch Temperatureinfluss Res Korrektion durch die Anzeigeauflösung Korrektion bedingt durch Fehlanpassungen (Mismatch) MM MM 8

9 Normal Die Dämpfungsdifferenz des Normals bezüglich der verwendeten Referenz (z. B. THRU oder -tufe eines tufenabschwächers) ist bekannt und wird gemäß den in den n XIII.5.1 bis XIII.5. genannten Verfahren bestimmt. Die Reproduzierbarkeit der teckverbindung oder chalterstellung liegt dabei meist deutlich unter 0,01. Diese Werte wurden üblicherweise jedoch bereits bei der Kalibrierung des Abschwächers berücksichtigt und sind in dessen Unsicherheit bereits enthalten. Noise Das Eigenrauschen des Kalibriergegenstandes liefert einen erheblichen Anteil zur Unsicherheit, ist jedoch vom Kalibriergegenstand abhängig. Abweichend zu XIII.5. errechnet sich der Einfluss (Halbbreite) abhängig vom ignal-zu-rauschabstand (NR) bei der Betrachtung von eistungsverhältnissen zu a noise 10log NR Für die Unsicherheitsberechnung wird bei einem ignal zu Rauschabstand von mindestens 5 z. B. von einem maximalen Unsicherheitsintervall von 0,014 ausgegangen. Temp Res MM Temperaturschwankungen im Rahmen von maximal 1 K während der Messung liefern nur einen unsignifikanten Beitrag von maximal 0,005 (Ermittlung durch tabilitätsmessung am eigenen Messempfängersystem) zur Unsicherheit. Die Anzeigeauflösung und Digitschwankung typischer Kalibriergegenstände bei Mittelwertsbildung über >10 Messungen ( weeps ) kann üblicherweise besser als 0,005 angenommen werden. Die Fehlanpassung aufgrund der Quell-, ast-, Ein- und Ausgangsreflexionen (Generator G, ast ) zwischen Referenzmessung (Ausgangsstellung, oder THRU ij ) und Messstellung ( ij ) kann einen wesentlichen Anteil der Messunsicherheit darstellen. Der Fehlanpassungsterm in formuliert sich bei der Kalibrierung eines (einkalibrierten) VNA gemäß Abs. XIII.5. und sonst als MM 1 0log G 1 11 ' 11 G ' G G 11 ' 1 ' 1 G Reflexionsfaktoren des Kalibriergegenstandes werden gemessen (ggf. zusammen mit den verwendeten Messkabeln). Dabei genügt es den Wert für die verwendete interne Abschwächerstufe oder des kleinsten internen Abschwächers zu bestimmen, da dieser den Reflexionsfaktor maximal begrenzen wird. Die übrigen Abschwächerstufen werden auf diese Annahme hin überprüft, solange deren Reflexionsfaktoren unterhalb des maximal auftretenden Wertes liegen, kann die Abschätzung der Unsicherheit mit diesem maximalen Wert für alle tufen erfolgen. Die Reflexionsfaktoren ( ij und ij ) des verwendeten schaltbaren Abschwächers sind bekannt (sie beziehen sich auf das Normal) und die des Generators werden entsprechend XIII.5.4 abgeschätzt. ' 11 1 ' 1 XIII.5.7 HF-Dämpfung interne Abschwächer Die Kalibrierung von Messempfängern oder pektrumanalysatoren erfordert die Kalibrierung deren interner Abschwächer und deren Umschaltabweichung. Die Durchführung kann bei ausreichendem ignal zu Rauschabstand durch Durchschalten der Abschwächerstufen (XIII.5.6.1) bei konstanter Eingangsleistung oder mit einem externen Abschwächer als Normal und variabler Eingangsleistung erfolgen (vgl. [7] Abs...). 9

10 XIII interne Abschwächerkalibrierung durch stufenweisen Anzeigevergleich An den ignaleingang wird eine konstante HF-Quelle angeschlossen. Für Verbesserung der Anpassungsverhältnisse wird diese beispielsweise über ein zusätzliches Dämpfungsglied ( -Pad ) oder eine schaltbare Dämpfungsgliedkombination am Ausgang an den Eingang des Kalibriergegenstandes angeschlossen. Bei höheren Frequenzen > GHz ist diese zusätzliche Dämpfung ggf. zu erhöhen. Das Verfahren wird genutzt, um die Umschaltabweichung der internen Dämpfungsglieder zu charakterisieren. 10 MHz Ref. HF-Quelle + m Att. 0 pektrumanalysator G Abschwächer 11 Bild XIII Ausgangs-/Referenzstellung des Kalibrieraufbaus. Die Einstellungen an ignalgenerator und schaltbarem Dämpfungsglied werden im weiteren Verlauf nicht mehr verändert Werden bei konstanter Eingangsleistung die Abschwächerstufen beginnend von 0 bis zur maximalen Einstellung durchgeschaltet, so darf sich die Anzeige am Kalibriergegenstand bei ausreichendem ignal zu Rauschabstand (min. 50 ) nicht verändern. Alle Einstellungen an Aufbau und Kalibriergegenstand (Referenzpegel, pan, Mittenfrequenz, Bandbreite, etc.) bleiben unverändert, lediglich der Abschwächer wird geschaltet. Dieses Verfahren ist v.a. geeignet bei Geräten mit sehr kleiner Rauschanzeige und guter Nichtlinearität (typische Nichtlinearität <0,01 + 0,005 / 10 ). Für die Bestimmung der relevanten Reflexionsfaktoren genügt es den maximalen Wert für die internen Abschwächerstufe i.d.r. den des kleinsten internen Abschwächers oder ohne internen Abschwächer zu bestimmen, da dieser den Reflexionsfaktor maximal begrenzen wird. Die übrigen Abschwächerstufen werden auf diese Annahme hin überprüft, solange deren Reflexionsfaktoren unterhalb des maximal auftretenden Wertes liegen kann die Abschätzung der Unsicherheit mit diesem maximalen Wert für alle tufen erfolgen. XIII Messunsicherheitsbilanz Modellgleichung DUT nom Anz Noise Temp Re s Re p in MM mit DUT Wert des internen Abschwächers des Kalibriergegenstandes nom nominelle Einstellung des Abschwächers Anz = Anz Anz Differenz zwischen Anzeige in Ausgangsstellung DUT und Anzeige in Messstellung DUT Anz Anzeige des Kalibriergegenstandes in Ausgangsstellung Anz Anzeige des Kalibriergegenstandes beim Kalibrierwert Noise Korrektion durch das Eigenrauschen des Kalibriergegenstandes Temp Korrektion durch Temperatureinfluss Res Korrektion durch die Anzeigeauflösung Rep Wiederholgenauigkeit der Abschwächerstufen in Korrektion durch die Empfängerlinearität Korrektion bedingt durch Fehlanpassungen (Mismatch) MM 10

11 Die Einflussgrößen werden wie in XIII geschätzt. Des Weiteren werden angenommen: in Die Nichtlinearität des Empfängers ist vom Kalibriergegenstand abhängig und kann gemäß XIII.5.6 gemessen werden. Die ermittelten Werte werden als maximale Intervallgrenzen z.b. 0,01 + 0,005 / 10 verwendet. MM MM ergibt sich im schlechtesten Fall als umme der Fehlanpassungsunsicherheit zwischen Generator und ast in Referenzstellung und Messstellung Δ MM 0log1 Γ' Γ' 0log1 Γ Γ G G XIII Beispiel und tabellarische Darstellung der Messunsicherheitsbilanz Kalibrierung des internen Abschwächers eines pektrumanalysators bei einer Frequenz von 50 MHz und nomineller Einstellung von 70 gegen die 0 -tellung des internen Abschwächers mit zwischen geschaltetem tufenabschwächer Hewlett Packard 8496B/8494B in -tellung und Generator Rohde & chwarz MP04. Der Reflexionsfaktor der Abschwächerstufen wurde zu maximal =0,08 (0 Abschwächer) und =0,015 (tufen > ) bestimmt. Die Wiederholpräzision wurde besser 0,01 ermittelt. Das Eigenrauschen des Kalibriergegenstandes wurde zuvor zu >14 m gemessen wodurch sich ein ignal zu Rauschabstand von 64 errechnet. Weitere Einstellungen am pektrumanalysator sind: Referenzpegel 0 m, Bandbreite 10 Hz, pan 50 Hz, Mittenfrequenz 50 MHz. pektrumanalysator und Generator sind frequenzsynchronisiert (ext. 10 MHz Referenz). Größe X i nom Anz chätzwert x i 70,00 0,04 Halbbreite a Verteilung Noise 0 0,00 Rechteck Temp 0 0,005 Rechteck Res 0 0,01 Rechteck Rep 0 0,01 Rechteck in 0 0,045 Rechteck MM 0 0,0071 U-verteilt DUT Unsicherheit u(x i) ensitivität skoeffizient c i Unsicherheitsbeitrag u i(y) 0,00 1 0,0018 0, ,009 0,01 1 0,0058 0,0 1 0,0115 0, ,060 0,00 1 0, ,05 N u( DUT ) ui ( y) 0,077 i1 rel. erweiterte Messunsicherheit(k=) U( DUT ) k u( DUT ) 0,06 X 11

12 XIII.5.7. Abschwächerkalibrierung im Vergleich zu externem Dämpfungsglied Das Verfahren wird gemäß VDI/VDE/DGQ/DKD 6-11:00 Abs... [7] durchgeführt und es wird als Referenzstellung die im Datenblatt angegebene interne Abschwächerstellung als tandardstellung des Gerätes gewählt. Am externen Normal wird die Referenzstellung gegengleich zur maximal möglichen internen Abschwächerstellung eingestellt. Wird der interne Abschwächer um eine tufe erhöht, muss der externe Abschwächer um diesen Betrag verringert werden: 10 MHz Ref. HF-Quelle pektrumanalysator 70 Normal: ext. Abschwächer HP 8496B/H B/H pektrumanalysator auf minimale Abschwächereinstellung bringen (0 ) externes Dämpfungsglied auf max. Wert des internen Abschwächers einstellen Anzeige Anz bei Referenzwert aufnehmen Abschwächereinstellung am pektrumanalysator um eine tufe erhöhen (z.b. 10 ) externen Abschwächer um identischen Wert verringern Anzeige Anz aufnehmen und Differenz Anz = Anz - Anz mit Dämpfungsdifferenz des Normals vergleichen Der externe Abschwächer ist dafür gemäß XXIII.5.1 gegen seine Ausgangsstellung kalibriert, die Werte anderer Ausgangsstellungen können errechnet werden (es lässt sich zeigen, dass die Unsicherheit der Dämpfungsdifferenzen aufgrund der Korrelationen immer dieselbe Größe hat). XIII Messunsicherheitsbilanz Modellgleichung DUT Anz nom ext Noise Temp Re s Re p in MM mit DUT Wert des internen Abschwächers des Kalibriergegenstandes nom nominelle Einstellung des internen Abschwächers Anz = Anz Anz Differenz zwischen Anzeige in Ausgangsstellung DUT und Anzeige in Messstellung DUT Anz Anzeige des Kalibriergegenstandes in Ausgangsstellung Anz Anzeige des Kalibriergegenstandes beim Kalibrierwert ext = ext ext Dämpfungsdifferenz des externen Abschwächer bezogen auf die Ausgangsstellung Noise Korrektion durch das Eigenrauschen des Kalibriergegenstandes Temp Korrektion durch Temperatureinfluss Res Korrektion durch die Anzeigeauflösung Rep Wiederholgenauigkeit der Abschwächerstufen in Korrektion durch die Nichtlinearität des Empfängers Korrektion bedingt durch Fehlanpassungen (Mismatch) MM Identische Einflussgrößen werden wie in XIII angegeben. 1

13 in Die Nichtlinearität des Empfängers wird wie in XIII.5.6 ermittelt, bei kleinen Pegelunterschieden sollte diese jedoch vernachlässigbar klein bleiben XIII Beispiel und tabellarische Darstellung der Messunsicherheitsbilanz Kalibrierung des internen Abschwächers eines pektrumanalysators bei einer Frequenz von 50 MHz und nomineller Einstellung von 70 gegen die 7 auf -tellung des externen tufenabschwächer Hewlett Packard 8496B/8494B und Generator Rohde & chwarz MP04. Die Werte des Abschwächers und pektrumanalysators ergaben sich zu 11 Eingangsreflexionsfaktor in 7 Ausgangsstellung 0,015 Ausgangsreflexionsfaktor in 7 Ausgangsstellung 0, Eingangsreflexionsfaktor in Kalibrierstellung 0,014 Ausgangsreflexionsfaktor in Kalibrierstellung 0,015 ext Eingestellte Dämpfungsdifferenz von 7 auf 70,19 ' Reflexionsfaktor des pektrumanalysators bei 0-0,08 tellung des internen Abschwächers Reflexionsfaktor des pektrumanalysators bei 70 - tellung des internen Abschwächers 0,015 Das Eigenrauschen des Kalibriergegenstandes wurde zuvor zu >14 m gemessen wodurch sich ein ignal zu Rauschabstand von 64 errechnet. Größe X i chätzwert x i Halbbreite a Verteilung Unsicherheit u(x i) ensitivität skoeffizient Unsicherheitsbeitrag u i(y) c i nom 70,00 ext 70,19 0,06 Normal 0,06 1 0,000 70,5 Anz Noise 0 0,00 Rechteck Temp 0 0,005 Rechteck Res 0 0,01 Rechteck Rep 0 0,01 Rechteck in 0 0,01 Rechteck MM 0 0,018 U-verteilt DUT 0,00 1 0,0018 0, ,009 0,01 1 0,0058 0,01 1 0,0058 0,01 1 0,0058 0, , ,94 N u( DUT ) ui ( y) 0,0 i1 rel. erweiterte Messunsicherheit(k=) U( DUT ) k u( DUT ) 0,07 Die Einflussgrößen sind XIII.5.6. entnehmbar. XIII Referenzpegel (ZF-Verstärkung) Es lässt sich zeigen, dass das in VDI/VDE/DGQ/DKD 6-11:00 Abs...4 genannte Verfahren für die Referenzpegelkalibrierung mit identischen Unsicherheitsanteilen dargestellt werden kann. 1

14 XIII.5.8 Filtereigenschaften von elektionsfiltern XIII Bandbreite Die Kalibrierung von Messempfängern oder pektrumanalysatoren (A) erfordert die Kalibrierung der Filtereigenschaften der elektionsfilter. Bestimmt wird bei der Filterbandbreite der Frequenzabstand zwischen den (oder 6 ) Punkten der dargestellten Messkurve eines (schmalbandigen) inussignals. Die Kalibrierung erfolgt nach dem in VDI/VDE/DGQ/DKD 6-11:00 Abs...6 genannten Verfahren üblicherweise bei einer Mittenfrequenz von 50 MHz. 10 MHz Ref. HF-Quelle pektrumanalysator Bild XIII Kalibrieraufbau zur Kalibrierung der Filtereigenschaften von pektrumanalysatoren oder Messempfängern Einstellungen und Kalibrierablauf am pektrumanalysator (Beispiel): Mittenfrequenz auf Bezugsfrequenz einstellen (z.b. 50 MHz) Eingangsabschwächer auf 10 einstellen Referenzpegel (oberste kalierungslinie) auf Bezugspegel einstellen (z.b. Pegel des Kalibriergenerators) kalierung auf 1 /Div einstellen entsprechende pan/div einstellen (Bild 1 so groß wie möglich) größte Bandbreite einstellen Ablenkzeit passend zur gewählten Bandbreite einstellen Am ynthesizer gleiche Frequenz wie Mittenfrequenz einstellen. -Bandbreite ermitteln. Kalibrierung der Filterbandbreite von pektrumanalysatoren (VDI/VDE/DGQ/DKD 6-11:00 Abs...6) Da sowohl die Ablesung der Frequenz als auch der eistungsdifferenz (Dämpfung) zwischen Maximum und -Punkten am Messobjekt selbst erfolgt muss der Kalibriergegenstand vor dieser Messung bezüglich eistung (Frequenzgang), Dämpfung (inearität) und Frequenz (Markerabweichung) kalibriert worden sein, damit die Rückführung auf die Messgrößen Dämpfung und Frequenz garantiert werden kann. Die Frequenzabweichung des Normals bzw. des Kalibriergegenstandes liefert jedoch nur einen unwesentlichen Anteil zur Gesamtunsicherheit, oft können sogar Generator und Messobjekt synchronisiert werden, so dass sich keine zusätzlichen relativen Abweichungen ergeben. XIII Modellgleichung BB BBgemessen K f K in K Knoise KRes, E f KRes, f Der Faktor berücksichtigt die Tatsache, dass die Bandbreite BB gemessen aus zwei Markermessungen (Delta links und rechts der Mittenfrequenz) ermittelt wird. mit BB BB gemessen K f K gesuchte Bandbreite gemessene/ ermittelte Bandbreite Korrektionsfaktor aufgrund der Frequenzunsicherheit Korrektionsfaktor durch Frequenzgang des Kalibriergegenstandes=Normals 14

15 K in E f K noise K Res, K Res,f K f K K in E f K Res,f K Res, K noise Korrektionsfaktor durch die Nichtlinearität des Normals Empfindlichkeitsfaktor durch die teilheit des Filters Korrektion durch Eigenrauschen Korrektion durch die begrenzte Pegelauflösungauflösung bei der Messung Korrektion durch die begrenzte Frequenzauflösung bei der Messung Das Frequenznormal kann ein verstimmbarer ignalgenerator oder der Kalibriergegenstand selbst sein. Hierdurch werden Unsicherheitsintervalle erzeugt die i.d.r. deutlich unter liegen. Durch den Frequenzgang des Kalibriergegenstandes im Bereich des eingestellten pans entsteht ein Unsicherheitsbeitrag. Der Frequenzgang wird gemessen: In kleinen Intervallen kann davon ausgegangen werden, dass die gemessenen Differenzen zwischen Referenzfrequenz und Bandbreitenpunkt einen Wert von 0,0 nicht übersteigen. Die inearitätsabweichung des Kalibriergegenstand wird gemessen und geht bis zum -Wert in das Messergebnis mit. Bei Annahme maximaler Abweichungen von 0,01 +0,005 /10 entsteht ein maximales Unsicherheitsintervall 0,01 für die Bandbreite bzw. 0,04 für die 60 Bandbreite Die Filtersteilheit bildet auftretende Pegelintervalle auf die Frequenzachse ab. Die Empfindlichkeit E f ergibt sich mit der gemessenen teilheit F der elektionsfilter zu F 1 % E f Bei typischen Werten von F von 5:1 oder steiler ergeben sich Werte für E f besser als 7% pro Die Ablesung bei der Messung erfolgt i.d.r. nicht genauer als 4 tellen, wodurch sich im schlechtesten Fall eine Abweichungsintervall von 0,1% ergibt Die Ablesung der Unterschiedsmessung der 0 und Bandbreitenpunkte erfolgt i.d.r. nicht genauer 0,01 Der Unsicherheitsanteil durch ignalrauschen ergibt sich durch den ignal zu Rauschabstand zu maximal 0,00 bei einem NR von 70 bzw. 0,15 bei einem Rauschabstand von 15 Verhältnis zwischen 60 und Bandbreite = Formfaktor 15

16 XIII Beispiel und tabellarische Aufstellung der Messunsicherheitsbilanz Kalibriert wird die 100 Hz Filterbandbreite eines pektrumanalysators durch Verwendung der Delta- Marker Funktion bezogen auf den pitzenwert des ignals (Peak). Größe X i BB gemessen chätzwert x i 100,1 Hz Halbbreite a Verteilung K f Rechteck E f % 7 K 0 0,0 Rechteck K noise 0 0,00 Rechteck K Res, 0 0,01 Rechteck K Res,f 1 0,1 % Rechteck Unsicherheit w(x i) ensitivität skoeffizient c i Unsicherheitsbeitrag w i(y) 0,00 % 0,0 E f 0,4 % 0,00 E f 0,0 % 0,01 E f 0,08 %,1 % 0 1 0,06 % BB 100,1 Hz N w( BB ) u BW i ( y) 0,6 % i1 rel. erweiterte Messunsicherheit(k=) W( BBBW ) k u( DUT ) 0,5 % XIII.5.8. teilheit der elektionsfilter (Formfaktor) Das Verfahren zur Kalibrierung der teilheit der elektionsfilter ist ebenfalls in VDI/VDE/DGQ/DKD 6-11:00 Abs...7 beschrieben. Der Messaufbau ist identisch zu Bild XIII Der Kalibrierablauf ist ebenfalls nahezu identisch zur Filterbandbreitenmessung: Zusätzlich zur Bandbreite f wird noch die 60 Bandbreite f 60 benötigt, um das Verhältnis der beiden Werte zu bilden. Die Filtersteilheit errechnet sich dann zu f f 60 Bild XIII Ablesung der 60 Bandbreite gemäß VDI/VDE/DGQ/DKD 6-11:00 Abs

17 Die Rückführung erfordert auch hier die vorangehende Kalibrierung des Messobjekts bezüglich Dämpfung und Frequenz, damit dieses dann als Normal für diese Messung verwendet werden kann. Die Unsicherheit ergibt als umme der Unsicherheiten der - und 60 -Bandbreite BB und BB 60. Dominierender Anteil bildet die Unsicherheit der Bestimmung der 60 -Bandbreite, die wesentlich durch den ignal zu Rauschabstand während der Messung beeinflusst wird. W( ) W( BB ) W( BB 60) XIII.5.8. Umschaltabweichung der elektionsfilter Die Umschaltabweichung der elektionsfilter von pektrumanalysatoren oder Messempfängern gibt die maximale Veränderung des Messwertes bei Veränderung der Messbandbreite wieder. ie wird gemäß VDI/VDE/DGQ/DKD 6-11:00 Abs...8 ermittelt. Der Messaufbau ist in Bild XIII dargestellt: Messbeispiel: Mittenfrequenz auf Bezugsfrequenz einstellen (z.b. 50 MHz) Eingangsabschwächer auf 10 einstellen Referenzpegel (oberste kalierungslinie) auf Bezugspegel einstellen (z.b. Pegel des Kalibriergenerators) kalierung auf 1 /Div einstellen entsprechende pan/div einstellen größte Bandbreite einstellen Ablenkzeit passend zur gewählten Bandbreite einstellen Am ynthesizer gleiche Frequenz wie Mittenfrequenz einstellen Referenzlinie (zwei Div unter Maximalpegel einstellen. Bandbreiten schrittweise herunterschalten (gleichzeitig pan/div evtl. gemäß Herstellerangabe verringern) Pegelabweichung bei allen Bandbreiteneinstellungen ermitteln. Kalibrierung der Umschaltabweichung der Filter von pektrumanalysatoren (VDI/VDE/DGQ/DKD 6-11:00 Abs...8) Die lückenlose Rückführung wird bei externer Frequenzsynchronisation durch die vorangegangene inearitätskalibrierung des Messobjektes selbst garantiert (Messgröße Dämpfung), da der Messwert direkt am Kalibriergegenstand abgelesen wird. XIII Modellgleichung RBW witching gemessen Gen, tab Res mit RBW-witching gemessen Gen,tab Res in in gesuchte Umschaltabweichung des elektionsfilters bezogen auf Ausgangsstellung gemessene/ ermittelte Umschaltabweichung Korrektion aufgrund der Generatorinstabilität Korrektion durch die begrenzte Pegelauflösungauflösung bei der Messung Korrektion durch die Nichtlinearität der Anzeige Gen,tab Res Die Instabilität der ignalquelle leistet i.d.r. kaum messbare Anteile. ie wird dennoch mit einem maximalen Einfluss von 0,005 berücksichtigt Die begrenzte Auflösung und Wiederholbarkeit des Kalibriergegenstandes, z.b. des Deltamarkers, wird für typische Messobjekte besser als 0,01 angenommen. 17

18 in Die inearitätsabweichung des Kalibriergegenstand wird gemessen und geht in das Messergebnis mit ein. Für die Berechnung der Messunsicherheit werden maximale inearitätskorrekturen von 0,015 bei typischerweise kleinen gemessenen Abweichungen <1 angenommen. Größe X i chätzwert x i Halbbreite a Verteilung gemessen 0,00 Gen,tab 0 0,005 Rechteck Res 0 0,01 Rechteck in 0 0,015 Rechteck Unsicherheit u(x i) 0,005 ensitivität skoeffizient c i Unsicherheitsbeitrag u i(y) 1 0,009 0,01 1 0,0058 0, ,0087 RBW- witching 0,00 N u( DUT ) ui ( y) 0,011 i1 rel. erweiterte Messunsicherheit(k=) U( DUT ) k u( DUT ) 0,0 XIII Ergebnisse Messgröße, Kalibriergegenstand Messbereich, Messspanne Messbedingungen, Verfahren genäherte Messunsicherheit Bemerkungen Bandbreite Filter 1 Hz bis 10 MHz 0,5 % ignal zu Rausch- Abstand / NR 70 VDI/ VDE/ DGQ/ DKD Formfaktor >1:1 bis 5:1 6-11:00 Abs. % ignal zu Rausch- >5:1 bis 10:1..6 bis..8 6 % Abstand / NR 5 >10:1 bis 0:1 1 % Umschaltabweichung 0,0 XIII.5.9 Rauschanzeige und Nullpunktabweichung von HF-Empfängern Die Kalibrierung der Rauschanzeige von HF-Empfängern wird gemäß VDI/VDE/DGQ/DKD 6-11:00 Abs...14 durchgeführt. Der Empfänger (DUT) kann dabei ein pektrumanalysator oder ein Messempfänger sein. Da der Empfänger nach seiner Kalibrierung selbst Dämpfungs- (inearitäts-) und eistungsnormal gemäß XIII.5.6 darstellt, wird die Messung rückführbar auf die dort beschriebenen Verfahren. Der Bezug zur Absolutleistung ergibt sich nach Kalibrierung von Referenzpegel, inearität und Frequenzgang (s.a. XIII.). Das eigentliche Normal stellt dabei der astabschluss (50 ) dar, der eine eistung von 0 mw erzeugt, die nur durch eine thermischen (Rausch-)eistung überlagert wird (siehe XIII.1.8.1). Der Ablauf der Messung kann dabei folgendermaßen zusammengefasst werden (siehe dazu auch DKD 6-Blatt14): 1. Am Messobjekt, z.b. pektrumanalysator, den Eingangsabschwächer auf 0 einstellen. Eingang des Empfängers mit 50 ast abschließen. Referenzpegel möglichst auf minimalen Wert einstellen (ZF-Verstärker maximal) englisch DAN = Displayed Average Noise evel 18

19 4. kalierung auf 10 /Div oder kleiner einstellen 5. Bandbreite (B) möglichst klein (z.b. 10 Hz) oder gemäß der Herstellerangabe einstellen 6. Videobandbreite zu B/10 einstellen 7. ofern möglich oder nötig am Messobjekt die Normierung auf 1 Hz Bandbreite aktivieren 8. Mittelwertsbildung aktivieren (z.b. 16 weeps) und Messwert P gemessen ermitteln 9. ggf. aus der Markerablesung P Marker Normierung auf 1 Hz Bandbreite ähnlich XIII durchführen mit B b 10 lg Hz 1 P P b gemessen Marker pektrumanalysator HF Eingang Bild XIII Kalibrierung des Eigenrauschens eines pektrumanalysators mit 50 Ohm astabschluss am HF-Eingang Dabei kann gezeigt werden, dass das Messunsicherheitsbilanz für die Kalibrierung des Übersprechens von Mehrtorgeräten (z.b. einem -Port Netzwerkanalysator, angegeben in ) identische oder mindestens kleinere Unsicherheiten erzeugt, da der Bezug auf Absolutleistung keine Rolle spielt. Dabei wird jedes Tor (jeder Port) dieser Geräte mit 50 ast abgeschlossen und der relative Empfangspegel des zweiten Ports zur endeleistung des ersten Ports in und umgekehrt aufgezeichnet. Netzwerkanalysator Port 1 Port Bild XIII.5.9. Kalibrierung des Übersprechens eines Netzwerkanalysators mit 50 Ohm astabschlüssen an beiden Ports Das unten gezeigte Modell gilt für die Rauschleistunganzeige größer als -170 m[hz 4 ]. XIII Modellgleichung mit P DAN P angezeigt P sdev P Res P DAN P angezeigt δp sdev δp Res gesuchte Rauschleistungsanzeige gemessene/ ermittelte Rauschleistungsanzeige bei Mittelwertsbildung treuung der Messwertewerte um den Mittelwert Auflösung der Messung Die Einflussgrößen stellen im Wesentlichen gemessene Werte dar. Für die Berechnung und Angabe einer Messunsicherheit werden jedoch typische Werte eines guten Messobjektes verwendet. P sdev Die treuung der Messwerte um den Mittelwert kann aus der Beobachtung berechnet werden. Werte kleiner 0,0,1 sind erreichbar. 4 Die thermische Rauschleistung bei maximalen Messraumtemperaturen von 5 C ergibt sich zu -17,9 m[hz]. Kleinere Anzeigewerte sind Grundsätzlich denkbar, ein Angabe ist messtechnisch aber nicht sinnvoll 19

20 P Res Die Auflösung bei der Erfassung der Werte wird i.d.r. nicht besser als 1 angegeben. XIII.5.9. Tabellarische Aufstellung der Messunsicherheitsbilanz Größe X i chätzwert x i Halbbreite a Verteilung Unsicherheit u(x i) ensitivität skoeffizient Unsicherheitsbeitrag u i(y) c i P angezeigt -140 m P sdev 0 0,1 Normal 0,1 1 0,1000 P Res 0 1 Rechteck 1 1 0,58 P DAN -140 m N u( Pnoise ) ui ( y) 0,58 i1 rel. erweiterte Messunsicherheit(k=) U( PDAN ) k u( PDAN ) 1, XIII.5.9. Nullpunktabweichung Es kann zweckmäßig sein mit dem o.g. Verfahren (astabschluss am Empfängereingang) lediglich die Nullpunktabweichung eines Messgerätes zu bestimmen. Dieser Wert wird beispielsweise bei der Messunsicherheitsrechnung für HF-eistungsmessgeräte benötigt. Wie in XIII.1.8 beschrieben ist die durch die Umgebungsbedingungen erzeugte (Rausch-)eistung abhängig von der Messraumtemperatur und der Messbandbreite B des Empfängers. omit ergibt sich der kleinste Darstellbare Wert, d.h. die kleinste erzeugbare eistung P min zu P 4,1 1 min 10 W B Im Beispiel eines breitbandigen Empfängers wie einem 6 GHz-eistungsmesskopf ergibt sich 1 P 4,1 10 W 6 GHz 5 pw min Mit der gesuchten Nullpunktabweichung P Offset und dem Einfluss des kleinsten erzeugbaren eistungswertes P min der Modellgleichung bei Ablesung des Wertes P Anzeige am Messobjekt in der Modellgleichung P Offset P Anzeige P min stellt dieser Wert als u-verteiltes Unsicherheitsintervall gleichzeitig die erweiterte Messunsicherheit (k=) für die Ermittlung der Nullpunktabweichung dar, der lediglich die vom Messobjekt abhängige Anzeigeschwankung überlagert ist und im Einzelfall als empirische tandardunsicherheit noch zu berücksichtigen ist (Mittelwertsbildung). Die Rückführung erfolgt dabei ausschließlich durch die Darstellung der Messraumtemperatur. Impedanz und Anpassung spielen bei der Messung keine Rolle. XIII.5.10 X-Tabellen Die zugrunde liegenden Rechentabellen in M Excel (X) sind den Dateipfaden des Intranets in der aktuellsten Fassung entnehmbar: Tabelle-XIII.5-Kalibrieren-von-HF-Daempfung.xlsx 0

21 esz AG, 018 Dieses Werk ist unter einer Creative Commons izenz vom Typ Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International zugänglich. Um eine Kopie dieser izenz einzusehen, konsultieren ie oder wenden ie sich brieflich an Creative Commons, Postfach 1866, Mountain View, California, 9404, UA. 1