PAnz,Dut 50 MHz, 1mW NRVD, KL18054

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1 XIII. Kalibrieren von HF-Leistungsmessgeräten und Leistungsmessköpfen Grundsätzlich wird die sog. elektrische Simulation von Messköpfen für HF-Leistungsanzeigegeräte (s. Kapitel III..1.1 und die HF-Direktmessung unterschieden. Ähnlich dem in XIII.1 beschriebenen Messverfahren können durch direkten Vergleich (engl. direct comparison method mit den HF- Leistungsmessköpfen R&S NRV-Z1, NRV Z-15, NRV Z-55 und NRV-Z51 HF-Leistungsmessgeräte und Leistungsmessköpfe kalibriert werden. Dazu wird in mehreren Messungen an einem ower-splitter die von einem Generator erzeugte Leistung gemessen und mit den Anzeigewerten des Kalibriergegenstandes verglichen. XIII..1 Messverfahren XIII..1.1 Substitution des Messkopfsignalausgangs (elektrische Simulation von HF-Leistungsanzeigegeräten HF-Leistungsanzeigegeräte können auch ohne die dazugehörigen Messköpfe kalibriert werden. Dabei wird zum einen der Kalibratorausgang (50 MHz-Kalibrierquelle, siehe Kapitel XIII.1 vermessen, und zum anderen wird an den Eingängen des Leistungsanzeigegeräts mittels Gleichspannung das Ausgangssignal eines Leistungsmesskopf generiert und ein angeschlossener Messkopf somit elektrisch simuliert 1. Die Eingangsempfindlichkeit der angezeigten Leistung ind in Abhängigkeit des anliegenden elektrischen Signals z.b. in mw/v, deren Funktion ind(in oder die Wertetabelle und die Steckerbelegung des Gerätes müssen dazu bekannt sein. Für die 50 MHz-Quelle wird im Vergleich mit einer bekannten Referenzquelle mit einem Leistungsmesskopf die Ausgangsleistung aufgezeichnet (Substitutionsverfahren. Die Auswertung des Modells aus Kapitel XIII.1.3 liefert dann definitionsgemäß Ergebnisse ohne die Anteile des Leistungsmesskopfes. Anz,ref NRVD, KL MHz ref Anz,Dut 50 MHz, 1mW NRVD, KL MHz, X Bild XIII a Messung der Referenzkalibrierquelle Bild XIII b Messung der Kalibrierquelle des Kalibriergegenstandes: x= Anz,Dut-( Anz,ref- ref Für Leistungsmesser von der Firma Rhode & Schwarz erfolgt die elektrische Simulation über einen der AC-/ DC-Kalibratoren wie Fluke 5700A. Bei Leistungsmessern vom Hersteller Agilent wird die elektrische Simulation über den Range Calibrator 11683A (s. Bild XIII durchgeführt. Die Kalibrierung erfolgt in diesem Falle über die Frontplatte. Auf der Rückseite des Kalibrators kann über einen BNC Anschluss die Gleichspannung an einem Digitalmultimeter (z.b.: H 3485A, siehe Kapitel IV verifiziert werden. Bild XIII..1.1., Range Calibrator H 11683A 1 genau genommen handelt es sich um eine Substitution des Messkopfsignalausganges, im Sprachgebrauch "elektrische Simulation" Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

2 Zunächst wird in der Schalterstellung Standby des Range Calibrators das Leistungsanzeigegerät genullt. Der Kalibrator sollte sich dazu min. 1 Minute in der Standby Einstellung befinden. Nach der Nullung wird bei der 0dBm-Enstellung der Eingang des Leistungsmessers kalibriert, dazu muss der Schalter von Standby auf Function Calibrate gesetzt werden. Nach dem Einmessen erfolgt nun die Kalibrierung nach Bild XIII durch elektrische Simulation eines Messkopfes am Grundgeräte. Der Messwert ind wird errechnet aus: ind mw 1 L ref ind mit ref L abgelesener Messwert am DMM bei 0 dbm Kalibrierstellung Linearitätsfaktor gemäß Hersteller abgelesener Messwert am DMM beim Einstellwert Bild XIII elektrische Simulation eines Leistungsmesskopfes mit DC-Kalibrator Die Linearitätsfaktoren sind aus der Tabelle 1 für die verschiedenen Bereiche zu entnehmen. Bereich in mw Der Linearitätsfaktor errechnet sich aus: DC-Output in mv 1 145, ,0 1, ,4641 1, ,711 1, ,8 1,0897 Tabelle 1 Linearitätsfaktoren L nomin al 1 ref mw Linearitätsfaktor L Dial, nom mit ref nominal Dial,nom Angabe gemäß Hersteller bei Einstellwert 1 mw Angabe gemäß Hersteller bei nominellen Einstellwert nomineller Einstellwert Messunsicherheitsbilanz Skizze: Eingestellter Wert B (dbm Sollwert in mv Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

3 Messwert dbm Vorgegebene bzw. abgelesene Größen: ind Anzeige des Leistungsanzeigegerätes Gesuchte Größe: Δ ind Abweichung der Anzeige des Leistungsanzeigegerätes Einflussgrößen: K ref K K res Korrektionsfaktor bedingt durch die Messunsicherheit des DMM s (s. Kapitel IV bei Messungen von ref Korrektionsfaktor bedingt durch die Messunsicherheit des DMM s (s. Kapitel IV bei Messungen von Anzeigegenauigkeit des Kalibriergegenstandes ± 0,5Digit. Die kalibrierstellungen resultieren in vierstelligen Anzeigen wie 300,0 µw, 1,000 mw, 3,000 mw usw. Modellgleichung: ind ind 1mW ref K L ref K K res Kal K ref K K res Tabellarische Darstellung der Messunsicherheitsbilanz: Größe Schätzwert Standard- Verteilung messunsicherheit ref ( ref K res., K res., K ref 1 ref ind ind ikal ( K res., ( K res., Sensitivitätskoeffizent rel. nsicherheitsbeitrag w i w( ref u Normal A 1 K ref 0,05% 3 0,016 % 3 Rechteck 1 w( K res., 1000 Rechteck 1 w( K res., 3000 Normal 1 w ( K ref K K 1 Normal 1 w ( K - w Da mit der äq. Kalibrierspannung kal für die elektrische Simulation von HF- Leistungsanzeigegeräten meist w(kref << w (Kres und w(k << w (Kres gilt kann die Gesamtmessunsicherheit bei der elektrischen Simulation von HF-Anzeigegeräten genähert werden zu: W w p ind ind K res 3 ind ( ind Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

4 mit K res 1 Ziffernschritt der Anzeige (0,5 Digit also in den o.g. Fällen 3 ind, 1000 wpind,1000 0, ,19 W und W ind, XIII..1. Kalibrierquellen 1 mw 50 MHz Im Substitutionsverfahren mit der eigenen Kalibrierquelle am NRVD ergibt sich die Leistung der unbekannten Quelle bei Messung mit einem der thermischen Messköpfe NRV-Z51 am N-Konnektor zu Z 51 Z 51 K Drift K Kal K mismatch K NRVD, mit Z51 Z51 K Drift K Kal K mismatch, K mismatch,nrvd gesuchte Ausgangsleistung der unbekannten Kalibrierquelle gemessene Leistung Leistungsmessgerät NRV-Z51/ NRVD an der Referenzquelle des NRVD ermittelte aktuelle Abweichung des Messkopfes bei 1 mw, 50 MHz Korrektion durch Drift der Kalibrierquelle seit der letzten Kalibrierung. Aus der Historienauswertung (siehe XII.1. ist bekannt,dass die maximale Drift im Kalibrierintervall bei 0,17% liegt Korrektion durch die letzte Kalibrierung. Dieser Faktor ist dem Kalibrierschein der Referenzquelle mit der darin angegebenen nsicherheit (k= von 0,5% entnehmbar Korrektion durch Fehlanpassung zwischen Messkopf und Kalibriergegenstand. Reflexionsfaktor des Messkopfes liegt im worst case bei maximal =0,008. Gute Referenzquellen sind i.d.r. mit Reflexionsfaktoren 0,05 verfügbar. Damit ergeben sich maximale Intervallgrenzen von 0,04 % bei 50 MHz. Korrektion durch Fehlanpassung zwischen Messkopf und Referenzleistungsquelle, die ebenfalls mit maximal 0,04 % angenommen werden. Tabellarische Darstellung der Messunsicherheitsbilanz: Größe Schätzwert Standard- Verteilung messunsicherheit K Drift 1 K Kal 1 K mismatch, 1 K mismatch,nrvd 1 Z51- Z51 0,17% 3 0,5% 0,04% 0,04% Sensitivitätskoeffizent rel. nsicherheitsbeitrag w i Rechteck 1 0,098 % Normal 1 0,5 % u-verteilt 1 0,08 % u-verteilt 1 0,08% rel. Messunsicherheit 0,7 % rel. erweiterte Messunsicherheit 0,5 % XIII..1.3 HF-Leistungsmessköpfe m den Frequenzgang und Linearität von Leistungsmessköpfen oder -Messgeräten aufzunehmen werden pro Frequenz insgesamt sechs Messungen durchgeführt. Zwischen jeweils 3 Messungen in Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

5 mindestens drei axial rotierten Stellungen (um festzustellen ob ein Konnektor schadhaft ist, nämlich genau dann, wenn die Standardabweichung zwischen den Einzelmessungen sehr hoch ist werden Referenzmesskopf und Kalibriergegenstand an den Ausgängen eines ower Splitters getauscht und die axiale Rotation wiederholt. Als Generatoren stehen im Messgerätepark u.a. folgende Geräte zur Verfügung (s.a. Kapitel II: Generator Frequenzbereich Leistungsbereich Rohde & Schwarz SMT 03 N-Typ-Ausgang, 50 KL und KL Rohde & Schwarz SM 04 (Option B17 und B11 N-Typ-Ausgang, 50 KL H 6116 A BNC-Ausgang, 50 KL Wavetek 395 BNC-Ausgang, 50 KL Tabelle XIII.3 5 khz bis 3GHz GHz bis 40 GHz 1 mhz bis 50 MHz 1 µhz bis 40 MHz -140 dbm bis 13 dbm gemäß [9] -130 dbm bis 10 dbm siehe [10] 100 mvss bis 16 Vss (ca. 16 dbm bis 8 dbm, 50 siehe [11] 10 mvss bis 10 Vss (ca. -36 dbm bis 4 dbm, 50 siehe [14] Abhängig vom Frequenzbereich werden als owersplitter z.b. eingesetzt: owersplitter Frequenzbereich max. SWR / Reflexionsfaktor Weinschel 1870 Typ N KL18011 oder KL18159 Rohde & Schwarz RVZ Typ N KL Anritsu K41C,9 mm Konnektor KL18411, KL18455 Tabelle XIII.4 DC bis 18 GHz DC bis,7 GHz SWRmax=1,3 [1] G,max = 0,11 SWRmax=1,1 [11] G,max = 0,05 DC bis 40 GHz G,max = 0,09 Der Anschluss erfolgt entsprechend Bild XIII.. Am Eingang des owersplitters (KL18011 bzw. KL18411 oder KL18455 wird die Leistung aus einem der o.g. Generatoren eingespeist (BNC Ausgänge werden durch BNC-Typ N-Konnektor adaptiert und an den Test-orts A und B werden mit dem Messkopf NRV-Z1 am NRVD (bzw. NRV-Z51, NRV-Z15 oder NRV-Z55 je nach Messbereich als Normal (N und dem Kalibriergegenstand (Leistungsmesser, Leistungsmesskopf und Anzeigegerät etc. als Messobjekt ( die ausgekoppelten Leistungen gemessen. Mit kalibrierten oder ausgemessenen Dämpfungsgliedern lassen sich auch sehr empfindliche Leistungsmessköpfe, Spektrumanalysatoren oder Messempfänger bei kleinen Leistungen kalibrieren. Sowohl für Linearitäts- als auch Absolutleistungskalibrierung wird zunächst in der ersten Messung der Generatorpegel so eingestellt, dass am NRVD der gewünschte Kalibrierwert abgelesen werden kann (z.b. 0 dbm in der Anzeige des NRVD, da dieser Wert als Eingangssignal für den Kalibriergegenstand nach mdrehen des owersplitters verwendet wird. Die Kalibrierfrequenzen müssen sowohl am Generator als auch am NRVD (wg. der Korrektur eingestellt werden (s.a. XIII.1.1. Die korrekte Bedienung ist im Zweifelsfall den Benutzerhandbüchern [9], [10], [11] und [] zu entnehmen. Danach dürfen die Ausgangsparameter des Generators nicht mehr verändert werden. Die Absolut-Leistungsmessung erfolgt in der Regel bei 0 dbm bzw. 1 mw über den gesamten Frequenzbereich des Kalibriergegenstandes. Die Linearitätsvermessung entsprechend bei fest eingestellter Frequenz über den Leistungsmessbereich. Ausschlaggebend sind in beiden Fällen die Betriebsbereiche des Kalibriergegenstandes. In beiden Fällen werden mindestens zehn Messpunkte aufgenommen und ausgewertet. gemäß Herstellerspezifikation Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

6 NRVD,1,1 Bild XIII. Anschluss NRVD und owersplitter (nach [] Messung 1 Das Messverfahren geht davon aus, dass die Generatorleistung etwa symmetrisch auf die beiden Leistungs-Messgeräte, das Messobjekt ( und den kalibrierten Messkopf (N, aufgeteilt wird. Damit eine mögliche nsymmetrie der Leistungsteilung nicht zu Messabweichungen führt, werden zwei Messungen mit gedrehtem Splitter, d.h. getauschtem A-B, B-A Anschlüssen (s. Abbildung durchgeführt und die beiden Messergebnisse gemittelt, wodurch eine mögliche nsymmetrie eliminiert wird. Die zur Verfügung gestellte gemittelte Leistung an ort A ergibt sich beispielsweise dann mit dem Teilungsverhältnis t des ower Splitters als A t G db (1 t G G B NRVD,, db Bild XIII.3 Anschluss NRVD und owersplitter (nach [] Messung Kalibriert und dokumentiert wird der Kalibrierungsfaktor des Leistungsmessgerätes bzw. des Leistungsmesskopfes (. Für absolut anzeigende Anzeigegeräte ist der Kalibrierungsfaktor definiert als Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

7 ( f cal, abs( f mit ( f ( f, 1, bzw. inc ( f NRVD, 1 NRVD, inc mit,n(f : Leistungsanzeige am Messobjekt ( in Messung 1 (Bild XIII. bzw. Messung (Bild XIII.3 und inc(f : Auf den unbekannten Messkopf ( eingestrahlte Leistung bei der Frequenz f Wenn rüfling, Messanwendung oder Kalibrierauftrag es erfordern, kann er durch einfache mrechnung bezogen auf die Anzeige bei 50 MHz oder beliebiger Referenzfrequenz angegeben werden, also für Leistungsmessköpfe und Sensoren unabhängig vom Anzeigegerät bezogen auf 50 MHz als ( f ref ( f ( f ( f inc cal, rel inc ref mit fref= 50 MHz inc ( f ref Bei gleicher Anzeige am Leistungsmesser: cal, rel inc ( f : angezeigte Leistung des Leistungsmesser-Grundgerät( bei der Frequenz f inc(f: auf den Messkopf (einfallende Leistung bei Frequenz f inc(fref: einfallende Leistung bei Referenzfrequenz 50 MHz Definitionsgemäß ist der Kalibrierungsfaktor bei Referenzfrequenz immer 1,000 und besitzt keine Messunsicherheit. Sofern es nötig ist, aufgrund der beschränkten Einstellmöglichkeiten an Leistungsanzeigegeräten den Kalibrierungsfaktor zu 100,0% zu beschränken, erfolgt die Normierung als cal, rel, norm cal, rel cal, rel,max mit cal,rel,max als maximal ermittelten Kalibrierungsfaktor. Diese Normierung entspricht einer Verschiebung der Referenzfrequenz an diejenige Frequenz von cal,rel,max. In der Regel wird somit der Kalibrierungsfaktor bei 50 MHz durch eine Angabe wie CFref auf handelsüblichen Messköpfen angegeben und muss bei der Einkalibrierung auf 1 mw bei 50 MHz anhand dieser Angaben (CFref 100% durch das Leistungsanzeigegerät berücksichtigt werden. XIII.. Messunsicherheitsbilanz Skizze des Messverfahrens (Normal N und Messobjekt : Messung am ower Splitter Generator ower- Splitter inc ptemp Messkopf NRV-Z N Offset p Lin p Linf p mismatch p Harm p Drift N Anzeigegerät NRVD NRVD ind,nrvd, ind,noise pggpkal,gg Modellgleichung: cal NRVD ind, NRVD N noise offset db inc Dämpfungsglied p p bzw. mit eingefügtem Dämpfungsglied 0dB mismatch, mismatchn, cal p ind, p mismatch, p Harm, p Drift p Lin p L inf p Harm p Harm, p GG p Kal, GG Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

8 cal S 1 NRVD N ind, NRVD noise offset p mismatch, p p mismatchn, mismatch,, Att p Drift p Lin p L inf p Harm p Harm, p GG p Kal, GG mit: i w ( cal w ( Dut w ( N w ( NRVD ( w ( i w ( pj i NRVD j 1 ( cal w ( Dut w ( N w ( NRVD u ( i w ( p j i NRVD j = w da NRVD >> i Vorgegebene bzw. abgelesene Größen: NRVD gemessene Leistung am HF-Leistungsmesser NRVD N S 1, S, S 11 Kalibrierfaktor des Bezugsnormals. Bei eingeschalteter Frequenzgangkorrektur mit den Werten aus dem EEROM der Leistungsköpfe gilt N=1. Die nsicherheit des Kalibrierfaktors ist dabei dem Kalibrierschein entnehmbar (0,011 db bis 0,058 db. gemessene Leistung am Kalibriergegenstand Vierpolparameter des verwendeten Dämpfungsgliedes mit den nsicherheiten aus dem DKD-Kalibrierschein Gesuchte Größe: Kalibrierungsfaktor des Kalibriergegenstandes ( zum Zeitpunkt der Kalibrierung cal Einflussgrößen, siehe auch XIII.1.3: p mismatch Die oben genannte Bestimmungsgleichung gilt so nur für ideale Anpassung zwischen dem Splitter-Ausgang und dem Leistungsmesser (N. Es lassen sich die Abweichungsgrenzen der Leistungsanzeigen durch die Fehlanpasssungen aus den Maximalwerten der Beträge der Reflexionsfaktoren von Quelle G und Verbraucher (Messkopf L bestimmen. [], [7]. Als Quelle wird der Ausgang des owersplitters betrachtet und somit die Fehlanpassung zwischen owersplitter und Normal errechnet: p mismatch.max= (1 G L = 1 pmismatch,max mit p 0 log(1 Γ Γ in db oder mismatch, max G L p 00 Γ Γ mismatch, max G L in % G : Betrag des Reflexionsfaktors der Quelle (owersplitter L : Betrag des Reflexionsfaktors des Leistungsmessers NRV-Z Der maximale Reflexionsfaktor G des Splitters kann dazu am Netzwerkanalysator gemessen werden [6] bzw. ist im FAll des NRVC-Kalibriersystems dem Kalibrierschein des Normals entnehmbar und wird in die XL-Berechnungstabellen übertragen. Der Reflexionsfaktor L des verwendeten Normals ist dem Kalibrierschein der Leistungsmessköpfe, siehe XIII.1.3, zu entnehmen. Die tatsächliche Abweichung dieses Beitrags wird zu Null und -verteilt ([1], [3], [5] zwischen den o. g. maximalen Grenzen angenommen p mismatch, p mismatch,att Korrektion durch Fehlanpassung des Kalibriergegenstandes (, am Ausgang des Splitters bzw. des eingefügten Dämfungsgliedes (Att mit der Halbbreite p mismatch, 00 ΓG ΓL, % bzw. p mismatch, 00 S ΓL, % und splitterseitig pmismatch, Att 00 ΓG S11 %. Der Betrag des Reflexionsfaktors des Messobjektes wird dazu am Netzwerkanalysator gemessen und muss bei der Kalibrierung jeweils eigens zusammen mit der Messunsicherheit aus XIII.3 berücksichtigt werden. Für die Berechnung einer kleinsten Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

9 angebaren nsicherheit wird von typischer Anpassung ausgegangen mit abgeschätzten Reflexionsfaktoren von: L, = 0,07 für f < GHz L, = 0,10 für GHz f < 4 GHz L, = 0,11 für 4 GHz f < 1 GHz L, = 0,13 für 1 f < 18 GHz Die Vierpolparameter des Dämpfungsgliedes werden dazu dem Kalibrierschein entnommen oder vor der Messung gemäß XIII.3 bestimmt. Die tatsächliche Abweichung dieses Beitrags wird zu Null und -verteilt ([1], [3], [5] zwischen den o. g. maximalen Grenzen angenommen. p ind, p Harm p Harm, Bei Einsatz eines Dämpfungsgliedes am Referenzleistungsmesskopf ergibt sich das Werteintervall zusammen mit den S-arametern des Dämpfungsgliedes zu p mismatchatt, 1 0 log G S 11 L S G 1 G L S L S In die Messunsicherheit der angezeigten Leistung geht die Auflösung des Leistungsmessers ein. Die zufälligen Einflüsse von Rauschen, Kurzzeitdrift und Temperatur werden durch den Korrektionsfaktor pind, zunächst mit 0,1 % berücksichtigt. Die genaue zugehörige Standardunsicherheit ergibt sich erst im experimentellen Messaufbau aus einer Reihe von Einzelablesungen. Der Oberwelleneinfluss auf Normal und auf den Kalibriergegenstand hängt von der Messkopfkonstruktion und den Generatoreigenschaften ab. Für die Berechnung der kleinsten nsicherheit kann dieser Anteil bei einem idealen Messobjekt (thermischer Leistungsmesskopf entfallen. Gemessen kann der Oberwelleneinfluss durch Vergleich der Anzeige des Messobjektes ohne und mit Oberwellenfilter bei 50 MHz. Daneben können typische Werte eines Diodenmesskopfes, wie dem R&S NRV-Z1, oder technische Angaben des Herstellers verwendet werden. Bei Verwendung des der Generatoren im Labor gilt mit den gemessenen Oberwellenabständen >45 dbc etwa [5]: 10 mw 1mW 0,1 mw 0,1 µw p Harm <1, % p Harm <1,1 % p Harm <0,7 % p Harm <0,03 % 11 G L S 1 S 1 Als Faustregel gilt, dass der Oberwelleneinfluss für Leistungen unter 1 µw (-30 dbm bei sehr empfindlichen Sensoren bzw. 100 µw (-10 dbm bei Standard- Diodensensoren vernachlässigbar ist. Üblicherweise erfolgt die Bestimmung des Kalibrierfaktors oder der Absolutabweichung bei -30 dbm bzw. -0 dbm Aussteuerung, so dass der Einfluss als unkritisch angesehen werden kann. Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

10 Tabellarische Darstellung der Messunsicherheitsbilanz: Größe Schätzwert Standard- Verteilung messunsicherheit Sensitivitätskoeffizent rel. nsicherheitsbeitrag w i NRVD NRVD ( u NRVD Normal A 1/NRVD w ( NRVD u( Normal A 1/NRVD w( S 1 s1 W( s 1 / Normal w( s 1 N 1 W( N / Normal 1 w( N p ind, 1 w( p ind, Normal 1 w( p ind, ind,nrvd 0 ( /,NRVD 3 Rechteck 1/NRVD w( ind,nrvd ind ind,noise 0 ( ind,noise / p GG 1 ( p GG / 3 p Kal,GG 1 ( p Kal,GG / Offset 0 ( Offset / p Drift 1 ( p / Drift 3 p Lin 1 ( p / Lin p Linf 1 / Normal 1/NRVD w ( ind,noise Rechteck 1 w p ( GG W Normal 1 w ( p Kal,GG Normal 1/NRVD w ( Offset Rechteck 1 w( p Drift W Normal 1 w p ( p L inf p mismatch 1 ( p mismatch / p mismatch, 1 ( /, ( Lin W Normal 1 w ( p L inf -verteilt 1 w p p mismatch p mismatch,att 1 ( /,Att ( mismatch -verteilt 1 w p mismatch p Harm 1 ( p Harm / p Temp 1 ( p Temp p conn 1 ( pconn / cal NRVD ( p mismatch, -verteilt 1 w ( p mismatch, Att -verteilt 1 w( p Harm W Normal 1 w( p Temp -verteilt 1 w( p conn - w( cal Gemäß DKD-3:00 Abschnitt4 [8] ergibt sich aus der Modellgleichung für die dem Ergebnis beizuordnende erweiterte Messunsicherheit (k=: W( cal w( cal Die Zahlenwerte der Berechnungen für die einzelnen Messgrößen sind der Tabelle Messunsicherheiten Tabelle XIII. Kalibrieren von HF-Leistungsmessgeräten.XLS zu entnehmen, die Ergebnisse sind im Leistungsnachweis aufgeführt. XIII..3 Erweiterung auf HF- Absolutleistungsanzeige Die Erweiterung auf HF-Absolutleistungskalibrierung (Kalibrieren von Messgeräten kann ohne weitere Einschränkung erfolgen. Bei der Kalibrierung der absoluten Leistungsanzeige des Messobjektes,abs bei Einstrahlung der Leistung inc,abs gilt (analog zu XIII.1.5: Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

11 inc, abs, abs cal w( inc abs w(, w(, abs cal XIII..4 Relativer Kalibrierungsfaktor cal,rel Mit dem bei konstanter Leistung inc relativen Kalibrierungsfaktor ( f cal, rel ergibt sich dessen relative nsicherheit ( f w ( cal,rel ref w ( ( f w ( ( f ref als quadratische Summe der relativen nsicherheiten von Test- und Referenzfrequenz bei ausschließlicher Berücksichtigung der statistischen, frequenzabhängigen nsicherheiten in W ( (siehe XIII.1.4 und Rechenbeispiel und entspricht gleichzeitig der nsicherheit der relativ zur Bezugsfrequenz angezeigten Leistung (Frequenzgang der Leistungsanzeige. XIII..5 Empfänger mit HF-Spannungsanzeige bezüglich 50 Analog zu Kapitel XIII.1.6 kann die am Eingang eines Empfängers an idealem Z0=50 anliegende Z dargestellt werden. Dies ist dann Spannung inc über die eingestrahlte Leistung inc inc 0 sinnvoll wenn Geräte (z.b. Messempfänger, Oszilloskope eine Kalibrierung auf Z0 erfordern. In diesem Fall gilt mit der Modellgleichung für die Abweichung ind der HF-Spannungsanzeige ind eines Empfängers und ind, ind, inc inc Z0 1 w( w( (siehe auch Kapitel XIII.1.6 ind, Genauso erlaubt das Verfahren dann die Frequenzgangmessung Referenzfrequenz f ref. Wenn F inc( fref ind, ( f, ( f ( f inc ind, ref F, mit Bezug auf 1 mit der nsicherheit w( F w(, cal, rel XIII..6,9 mm Konnektor Analog XIII.1.7 können mit den Leistungsnormalen R&S NRV-Z15 und NRV-Z55 am,9 mm owersplitter Leistungsmessköpfe dieser Konnektorfamilie kalibriert werden. Abweichend gilt (siehe auch XL-Tabellen: p mismatch p mismatch, Der maximale Reflexionsfaktor G des verwendeten Splitters wurde am Netzwerkanalysator gemessen [6]. nter Berücksichtigung der Messunsicherheit aus XIII.3.3 ist daher bekannt: G 0,03 für f 8 GHz G 0,07 für 4 GHz < f 6,5 GHz G 0,09 für 6,5 GHz < f 40 GHz Bei frequenzgenauer Betrachtung können ggf. auch bessere Werte erzielt werden (siehe XL-Tabellen. Für die Berechnung einer kleinsten angebaren nsicherheit wird von typischer Anpassung ausgegangen mit abgeschätzten Reflexionsfaktoren von: L, = 0,07 für f 4 GHz L, = 0,09 für 4 GHz < f 1 GHz L, = 0,11 für 1 GHz < f 6,5 GHz Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

12 L, = 0,13 für 6,5 < f 40 GHz XIII..7 Kalibriersystem R&S NRVC XIII..7.1 Kalibrierung der Absolutabweichung Speziell für die Kalibrierung von Leistungsmessköpfen von Rohde & Schwarz ist das Kalibriersystem NRVC konzipiert, kann aber auch alternativ zur beschriebenen Methode in XIII..1 verwendet werden. rinzipiell ist das Gerät aus thermischem Leistungsmesskopf und integrierten owersplitter aufgebaut, deren Korrektionsdaten für Reflexion und Kalibrierfaktor sehr präzise bestimmt sind und bei Bedienung über die mitgelieferte Software automatisch ausgewertet und berücksichtigt werden. Die genaue Bedienung und Anschluss des Systems ist dem Benutzerhandbuch zu entnehmen, Tabelle XIII..6.1 zeigt unterschiedliche Messkonfigurationen für die Absolutgenauigkeitskalibrierung (Kalibrierfaktor. Da die Hersteller-Software alle Messungen mit eingeschalteter Frequenzgangkorrektur am Messobjekt durchführt und im Ergebnisprotokoll die Abweichung (in db bei Anwendung des im EEROM abgelegten Faktors cal,eerom (in % ausgibt wird der Kalibrierungsfaktor aus diesen Daten zu 10dB cal, EEROM cal, abs 10 bzw. 100% cal, rel 10 berechnet werden ( f ( fref 10dB 100% cal, EEROM NRV-Z, -Z5, -Z8, -Z51, -Z3, -Z33, -Z53, -Z54 RV-Z RV5-Z4 NRV-Z1, Z4, Z7, Z31 Tabelle XIII..7.1 Konfigurationen des NRVC für die Messkopfkalibrierung, Kalibrierungsfaktor [7] Für die Einflussgrößen der Messunsicherheit gelten analog die Aufstellungen aus XIII.1.3 und XIII.. bzw. davon abweichend: Die nsicherheit des Kalibrierfaktors ist dem DKD-Kalibrierschein des NRVC entnehmbar (0,008 db bis 0,048 db. Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

13 p Lin p mismatch p mismatch, Die Nichtlinearität für das NRVC wurde im DKD-Kalibrierschein besser als 0,001 db mit den darin enthaltenen Messunsicherheiten nachgewiesen. Daraus ergibt sich eine maximale Halbbreite (Normalverteilung zu 0,3%. Dieser Anteil ist durch den festen Aufbau und die Kalibrierung bereits in enthalten und kann daher entfallen. Werden dem Kalibrierprogramm die Messdaten des Reflexionsfaktors des Messobjektes übergeben, so erfolgt anhand dieser Werte eine Korrektion des Fehlanpassungseinflusses. Sofern diese Daten von der Software nicht gefunden werden oder vorhanden sind und keine Korrektion vorgenommen werden kann, gilt für die Berechung des maximalen Intervalls im worst case p mismatch, 00 ΓG ΓL, mit G aus dem Kalibrierschein des NRVC und L, als gemessenen Reflexionsfaktorbetrag des Messobjektes bzw. typischen Werten (siehe Berechnungstabellen XIII..7. (Nicht- Linearität Zur Kalibrierung der (Nicht- Linearität von HF-Leistungsmessgeräten im durchgehenden egelbereich -30 dbm bis +30 dbm (bzw. -60 dbm bis 0 dbm mit passendem Dämpfungsglied am Messobjekt steht der Durchgangsleistungsmesskopf NRVC-B zur Verfügung: Tabelle XIII..7. Konfigurationen für die Messkopfkalibrierung, (Nicht-Linearität [7] Dazu wird ähnlich Kapitel XIII..1 und XVIII.3.a die am owersplitter geteilte Leistung der HF-Quelle gleichzeitig am Referenzleistungsmesser und Kalibriergegenstand gemessen. Bei idealer Linearität muss sich die Anzeige des Normalleistungsmessers mit zunehmender bzw. abnehmender Leistung im selben Maße verändern wie die des Kalibriergegenstandes. Die Nichtlinearität (in db lässt sich dann sofort als Differenz der Änderungen bezogen auf den Referenzwert angeben. mit L L ( ref, ( NRVD ref, NRVD Nichtlinearität des HF-Leistungsmessgerätes L Temp Noise GG ref, ref,nrvd NRVD L Angezeigte Leistung des Messobjektes beim Referenzpegel (im ersten Schritt und bei abnehmender bzw. zunehmender Kalibrierleistung Angezeigte Leistung des Referenzleistungmessers (NRVC-B am NRVD beim Referenzpegel und bei abnehmender bzw. zunehmender Kalibrierleistung Korrektion durch die Linearitätsunsicherheit des Normals. Diese Grenzen werden dem Kalibrierschein entnommen und betragen (Normalverteilung k= maximal 0,0 db Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

14 Temp Noise GG Die Standardunsicherheit aufgrund des Temperatureinflusses am Normal und am Messobjekt bei von 3 C abweichenden Temperaturen (± K im Labor lässt sich formulieren zu u( Temp db K Normal mit den Temperaturkoeffizienten = Normal=0,0015 db/k, also u( Temp 0, 005 db Der Faktor rührt daher, dass die Temperaturkoeffizienten für Mess- und Referenzpegel unterschiedlich sein können. Nullpunktabweichung und Anzeigerauschen. Der Einfluss dieser Effekte auf die Genauigkeit von Linearitätsreferenz und rüfling abhängig von der Anzahl N der Messdurchläufe etwa (N 0,005 db u( Noise 0, 003 db N Für den Einfluss des Grundgeräts wird eine Standardunsicherheit in Höhe von u( NRVD 0, 004 db bei Linearitätsmessungen angesetzt. Dieser Wert hat sich bei der jährlichen Kalibrierung des R&S NRVD und einem Betriebstemperaturbereich von 0 C bis 5 C als zutreffend erwiesen. Tabellarische Darstellung der Messunsicherheitsbilanz: Größe Schätzwert Standard- Verteilung messunsicherheit Sensitivitätskoeffizent nsicherheitsbeitrag p ref, p ref, NRVD NRVD ref,nrvd p ref,nrvd L 0 ( / L Temp 0 ( Temp Noise 0 ( Noise GG 0 ( GG L Normal 1 u( ind,nrvd u Normal 1 u ( Temp u Normal 1 u ( Noise u Normal 1 u ( p ref, NRVD ref, NRVD ( GG p ( p p u (L rel. erweiterte Messunsicherheit(k= ( L k u( L (L also z-b. Größe Schätzwert Standardmessunsicherheit -30,005 dbm ref, 0,005 dbm NRVD -30,000 dbm 0,000 dbm ref,nrvd Verteilung Sensitivitätskoeffizent nsicherheitsbeitrag L 0 0,00 db / Normal 1 0,010 db Temp 0 0,005 db Normal 1 0,005 db Noise 0 0,003 db Normal 1 0,003 db GG 0 0,004 db Normal 1 0,004 db L -0,010 db u (L 0,01 db Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

15 Größe Schätzwert Standard- Sensitivitäts- nsicherheits- Verteilung messunsicherheit koeffizent beitrag rel. erweiterte Messunsicherheit(k= ( L u( L 0,04 db XIII..8 Verifikation Zur Verifizierung und zur regelmäßiger lausibilitätskontrolle wird durch Zwischenprüfungen die Einhaltung der berechneten Messunsicherheiten (k=1 durchgeführt. Dies erfolgt jeweils automatisch durch die Geräte-Software des NRVC und der eigenen Software (Soft-Front-anel zur Steuerung von Generator und Messköpfen. Da in der Regel die Drift der Alterung im Wesentlichen nur die Empfindlichkeit (DC- oder NF-Werte und nicht die Frequenzantwort betrifft kann anhand der Ergebnisse gleichzeitig eine DC-Korrektion über Gleichspannungsprüfungen oder gegen die bekannt 1 mw Referenz durchgeführt werden. Basis im Betrieb in der Softwareumgebung Recal bildet das Bedienhandbuch NRVC Abschnitt 3. Ein Abgleich der Messkopfdaten gegen die Niederfequenzquelle ist in XIII..8.1 beschrieben XIII..8.1 esz-software NRVD Verifikation gegen NRVC oder zweiten Messkopf Die Konfigurationsparameter (Verifikationsmesspunkte sind den Anleitungsdateien entnehmbar und im Dateisystem abgelegt. NRVD IEEE C CH A CHB Verifikationspartner z.b. NRV-Z51 NRVC HF-Quelle, R&S SM 04 Bild Verifikation gegen NRVC Die Verifikation ist sowohl gegen einen zweiten (beliebigen Messkopf als auch gegen die Leistungsreferenz NRVC möglich und gibt Auskunft ob das Kalibriersystem mit den zu erwartenden Messunsicherheiten betrieben werden kann. Zur Messwertkorrektion können die Systemdaten aus EEROM = nur EEROM sonst keine Korrektion C = nur Korrektionsdatei im Installationspfad EEROM und C = EEROM und Korrektionsdatei im Installationspfad (empfohlen, nach durchgeführter Niederfrequenzkorrektur und zusätzlich SER = Zuschaltung der gewonnenen Daten der Verifikation (Abgleich gegen zweiten Messkopf genutzt werden. Niederfrequenzkorrektur Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

16 NRVD CH A 1,0070 mw CHB 1,0009 mw IEEE K_Faktor =1,0061 1,0009 mw Bild.8.1. Einkalibrierung und C-Korrektion Die 50 MHz-Korrektur wird durch Einkalibrierung gegen die eingebaute 1 mw-referenz des Grundgeräts und dessen Korrekturwert (im Bild 1,0009 mw, der K-Faktor (entspricht Kalibrierungsfaktor cal(fref bei Referenenzfrequenz fref ergibt sich dann aus der unkorrigierten Leistung am Anzeigegerät NRVD ChA,1mW und dem Wert der 1 mw-referenz 1mW zu K _ Faktor ChA,1mW 1mW also im Bild.8.1. oben zu 1,0070 mw K _ Faktor 1,0009 mw 1,0061 berechnet und korrigiert die Lage der Frequenzgangkurve über den gesamten Frequenzbereich. Genauso kann der K_Faktor NRVC des NRVC mit einer einfachen Vergleichsmessung bestimmt werden. NRVD 1,0070 mw 1,0030 mw 1,0061 mw CH A CHB 1,0009 mw CH A CHB 1,0009 mw IEEE K_Faktor =1,0030 1,0000 mw NRV-Z51 NRV-Z51 NRVC NRVC HF-Quelle, R&S SM 04 ca. + 6 dbm Bild Einkalibrierung des NRVC und C-Korrektion K _ Faktor also im Bild NRVC K _ FaktorNRVC ChA ChB 1,0030 1,0061 ChA,1mW 1mW mw mw 1,0070 1,0009 mw mw 1,0030 XIII..8. DC Rückführung und Verifikation Ziel der Gleichspannungsmessungen ist es, das Verhalten der Leistungsmessköpfe, Leistungskalibriersystem NRVC oder Referenz-Dämpfungsglieder bei Gleichspannung zu überprüfen, Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

17 rückzuführen und durch Korrekturfaktoren die Einflüsse von alterungs- oder umgebungsbedingter Drift zu eliminieren. Die Gleichleistung wird dabei über die Zusammenhänge des ohmschen Gesetzes auf die Grundgrößen Gleichspannung und Gleichstromwiderstand rückgeführt. Die Berechnung der im Gleichstromabschluss umgesetzten Leistung auf der Basis von Spannungsmessungen setzt eine Gleichstromwiderstandsmessung oder einen präzisen 50 Ω-Widerstand im Abschluss voraus, der z.b. als Zubehör beim Kalibriersystem enthalten ist. Der Abschlusswiderstand R DC wird dazu mit einem Multimeter im 4-Draht-Verfahren bestimmt (vgl. Abs. IV.1. Bild XIII Bestimmung des DC-Widerstands des Leistungsmesskopfes am DMM Bild XIII..8.. Bestimmung des DC-räzisionswiderstands (7 am DMM mit Typ-N-Adapter f-f (16 und Verbindungskabel Typ-N auf 4mm-Banane (8 Zusammen mit einem Gleichspannungsmultimeter das die Kalibrierspannung DMM misst wird im Anschluss die Gleichleistung DC errechnet und der Korrekturfaktor DC bei der angezeigten Leistung ind von Messkopf oder des NRVC-Systems bestimmt. Notwendig dazu ist eine hinreichend stabile Quelle oder ein Gleichspannungskalibrator DC ind R K DC DMM DC R DMM DC m den Einfluss von Offset-Spannungen und thermoelektrischen Effekten zu minimieren wird die Messung mit jeweils vertauschter olarität wiederholt: 1,000 mw Bild XIII Bestimmung des DC-Korrekturfaktor des Leistungsmesskopfes am DMM Nullabgleich am Anzeigegerät durchführen, bei Kurzschluss am Eingang des Messkopfes oder wenn Kalibrator = 0 mv Ebenfalls Nullabgleich am DMM durchführen 0,45 V am Kalibrator einstellen und zugehörige Spannung bzw. Leistung an DMM und Anzeigegerät NRVD ablesen ( DMM1 5 mv Negative Spannung -0,45 V am Kalibrator einstellen und zugehörige Messwerte an DMM und NRVD ablesen ( DMM1-5 mv Mittelwerte ind und DMM der beiden Messungen vertauschter olarität berechnen DC-Korrekturwert des Messkopfes berechnen Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

18 K DC R DC DMM ind Die erweiterte nsicherheit W(K DC dieser Korrektur lässt sich aus den relativen nsicherheiten der Spannungs- und Widerstandmessung W( und W(R berechnen. K W ( W ( R W DC Sie beträgt z.b. bei Einsatz eines H/ Aglient 3458A zur Spannungs- und Widerstandsmessung W K DC und liegt damit deutlich unterhalb des Ziffernschrittes des Anzeigegeräts NRVD, der die Gesamtunsicherheit damit dominiert, so dass gezeigt werden kann, dass die DC-Korrektur auf die letzte angezeigte Stelle verlässlich ist. Daran anlehnend kann ebenso die DC-Korrektur des Kalibriersystems NRVC z.b. mit und ohne Referenzdämpfungsglied bestimmt werden Bild XIII Messaufbau zur Bestimmung der DC-Korrektur des Kalibriersystems NRVC (1 mit DC-räzisionswiderstand (7 am DMM, Dämpfungsglied ( und Verbindungskabel Typ-N auf 4mm-Banane (8 XIII..9 Berechnung des Kalibrierungsfaktors nach Leistungsvergleich und kombinierter Dämpfungsmessung Zur Messung hoher Leistungen werden oft Kombinationen bestehend aus einem Leistungsmesskopf und einem Dämpfungsglied (z.b. 30 db, 30 W eingesetzt. Da sich aufgrund der nötigen Eingangsleistung eine kombinierte Kalibrierung i.d.r. als schwierig erweist, kann über eine getrennte Messung des Kalibrierungsfaktors des Leistungsmesskopfes alleine ( cal,abs bzw. cal,rel und der Transmission in Vorwärtsrichtung (S1, linear am vektoriellen Netzwerkanlysator der Kalibrierungsfaktor des Verbundes errechnet werden. cal, absverbund, ( f S1cal, abs mit S S L und L der gemessenen Dämpfung 1 cal, rel, Verbund( f cal, rel S1( fref Gemäß Fehlerfortpflanzunggesetz ergibt sich die nsicherheit dieser Messung als Wurzel aus der Quadratesumme der voneinander unabhängigen Messungen von Dämpfung (siehe Kapitel XIII.5 und Kalibrierungsfaktor. Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

19 W ( cal, Verbund W( S1 W( cal, rel 30 db Sensor Messobjekt 30 db Kalibrierung der Dämpfung als S 1 (linear am Netzwerkanalysator Sensor Kalibrierung des Kalibrierungsfaktors in Vergleichsmethode S1 (linear cal Ist eine zusätzliche Normierung des Kalibrierungsfaktors nötig so erfolgt diese wie in XIII..1.3 angegeben gegen Maximum oder z.b. den Nominalwert des Dämpfungsgliedes S1,nom.,lin, sofern der Abgleich gegen die 1m W-Kalibrierquelle nur ohne Dämpfungsglied möglich ist L nom 0 cal, rel, norm CFref S1( fref / Snom, lin S1( fref / 10 XIII..10 Leistungen >10 mw Zur Kalibrierung mit hohen Leistungen können die Signale eines HF-Generators z.b. durch Einsatz geeigneter Breitbandverstärker verstärkt werden. XIII..11 Rechenbeispiele XIII Kalibrierungsfaktor cal, thermischer Sensor Thermischer Sensor bei 1 mw, 50 MHz über NRV-Z51 Größe Schätzwert Standardmessunsicherheit Verteilung Sensitivitätskoeffizent rel. nsicherheitsbeitragw ind,nrvd 1,00 mw Normal A 0,987 mw Normal A N 1 0,647% / Normal 1 0,33% p ind, 1 0,1% Normal 1 0,1% ind,nrvd 0 1W / 3 Rechteck 1 mw -1 0,058% ind,noise 0 40 pw / Normal 1 mw -1 0,000% p GG 1 0,3% / 3 Rechteck 1 0,173% p Kal,GG 1 0,008%/ Normal 1 0,004% Offset 0 60 nw / Normal 1 mw -1 0,003% p Drift 1 4 0,15 10 / 3 Rechteck 1 0,001% p Lin 1 0,5% / Normal 1 0,50% p Linf 1 - Normal 1 - p mismatch 1 0,035 0,009 / -verteilt 1 0,045% p mismatch, 1 0,035 0,070 / -verteilt 1 0,346% p Harm 1 - -verteilt 1 - p Temp 1 0,1% Normal 1 0,100% Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

20 Größe Schätzwert Standardmessunsicherheit 0, 987 mw cal 0, , mw Verteilung Sensitivitätskoeffizent w( cal: W( cal: rel. nsicherheitsbeitragw 0,63 % 1,3 % (k= XIII..11. Kalibrierungsfaktor cal,rel, Diodensensor bei 0,1 mw, 1 GHz über NRV-Z51 und Bezug auf fref=50 MHz Größe Schätzwert Standardmessunsicherheit 0,1000 mw 0,1000 mw 0,0987 mw (f 0,0900 mw ind,nrvd(f ref ind,nrvd(f (f ref Verteilung Sensitivitätskoeffizent nsicherheitsbeitrag N(f ref 1 0,647% / Normal 1 0,33% N(f 1 1,088% / Normal 1 0,544% p ind,(f ref 1 0,1% Normal 1 0,1% p ind,(f 1 0,50% Normal 1 0,50% ind,nrvd(f ref 0 0,1 W / 3 Rechteck 0,1 mw -1 0,058% ind,nrvd(f 0 0,1 W / 3 Rechteck 0,1 mw -1 0,058% ind,noise(f ref 0 40 pw / Normal 0,1 mw -1 0,000% ind,noise(f 0 40 pw / Normal 0,1 mw -1 0,000% p mismatch(f ref 1 0,035 0,009 / -verteilt 1 0,045% p mismatch(f 1 0,03 0,070 / -verteilt 1 0,85% p mismatch,(f ref 1 0,035 0,070 / -verteilt 1 0,346% p mismatch,(f 1 0,07 0,13 / -verteilt 1 1,195% p Harm,(f ref 1 0,1% / -verteilt 1 0,071% p Harm,(f 1 0,1% / -verteilt 1 0,071% 0,0900 mw cal,rel 0, 9118 w( ca,rell: 0,0987 mw W( cal,rel: 1,5 %,9 % (k= XIII HF-Spannungsanzeige ind, Beispiel für die Kalibrierung der HF-Spannungsanzeige eines Messempfängers, berechnet aus inc, am Referenzleistungsmesskopf R&S NRV-Z51 bei GHz, 00 µw, Konnektor N-female und Adaption über Typ-N, male-male Adapter. In diesem Fall wird der verwendete Adapter vor der Kalibrierung am VNA (Kapitel XIII.3 charakterisiert und durch seine Dämpfung in der Messunsicherheitsbilanz berücksichtigt, sofern keine Korrektion dieses Verlustes erfolgt. Der durch den Adapter zu berücksichtigende Reflexionsbetrag wird durch die Messung des Reflexionsfaktors von Messobjekt und Adapter als Kombination bestimmt. Adapter f m m f Splitter f m Sensor NRV-Z51 Generator Anschlussschema (links und typische Adaptereffekte (rechts: Dämpfung (ca. 0,01 db/ghz Adapterdämpfung: p conn(f=0,01 db f / GHz Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

21 Reflexion aus Adapter und Messobjekt: =0,076 Größe Schätzwert Standardmessunsicherheit Verteilung Sensitivitätskoeffizent nsicherheitsbeitrag ind,nrvd 00,0 µw Normal A ind, 97,1 mv Normal A N 1 0,856% / Normal 1 0,48% p ind, 1 0,1% Normal 1 0,1% ind,nrvd 0 0,1 W / 3 Rechteck 00 µw -1 0,09% ind,noise 0 40 pw / Normal 00 µw -1 0,000% p GG 1 0,3% / 3 Rechteck 1 0,173% p Kal,GG 1 0,008%/ Normal 1 0,004% Offset 0 60 nw / Normal 00 µw -1 0,015% p Drift 1 0,06% / 3 Rechteck 1 0,035% p Lin 1 0,5% / Normal 1 0,50% p Linf 1 - Normal 1 - p mismatch 1 0,035 0,0 / -verteilt 1 0,099% p mismatch, 1 0,035 (0,076/ -verteilt 1 0,376% p Harm 1 - -verteilt 1 - p Temp 1 0,1% Normal 1 0,100% p conn 1 0,46% / -verteilt 1 0,36% inc 00,0 µw inc 00 W mv w(inc W(inc 0,75 % 1,5 % (k= ind, 97,1mV-100 mv = -,8mV W(ind, 0,75 % XIII Frequenzgang HF-Spannung F, Beispiel für die Kalibrierung einfallenden HF-Spannung an einem Oszilloskop mit R&S NRV Z51 als Normal 800 MHz, 100 µw, BNC- Konnektor und Adaption über Typ-N (male-male+bnc(female-male. Analog zu Kapitel IX..5.4 kann beispielsweise der Frequenzgang von Oszilloskopen anstatt am Oszilloskopkalibrator über die Einstrahlung von HF-Leistung und mrechnung auf eingestrahlte Spannung inc bei angenommener idealer Eingangsimpedanz Z0=50 kalibriert werden. Für kleinere Messunsicherheiten als in Kapitel IX..5.4 setzt dieses Verfahren die Messung des Eingangsreflexionsfaktors des Oszilloskopes voraus (messbar als Kombination mit dem nötigen Adapter. nter der Annahme, dass sich die nsicherheit der HF-Spannungsmessung in der Nähe der -3dB-Frequenz BB -3dB etwa linear auf die Frequenzachse abbildet kann die Bandbreite analog zu IX.1.5 und IX..5.3 aus F BB 0, 7079 bestimmt werden., ( 3dB N-Adapter f m f m m f Splitter f m Sensor NRV-Z51 BNC/N-Adapter Generator Messadaption (links und gemessene Eingangsreflexion aus Adapter und Messobjekt eines 1 GHz-Oszilloskops (rechts Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

22 Adapterdämpfung: p conn(f=0,04 db f / GHz Reflexion aus Adapter und Messobjekt: =0,100 Größe Schätzwert Standardmessunsicherheit ind,nrvd(f ref 0,1000 mw ind,nrvd(f 0,1000 mw ind,(f ref 73, mv ind, (f 65,1 mv Verteilung Sensitivitätskoeffizent nsicherheitsbeitrag N(f ref 1 0,647% / Normal 1 0,33% N(f 1 0,856% / Normal 1 0,48% p ind,(f ref 1 0,1% Normal 1 0,1% p ind,(f 1 0,50% Normal 1 0,50% ind,nrvd(f ref 0 0,1 W / 3 Rechteck 0,1 mw -1 0,058% ind,nrvd(f 0 0,1 W / 3 Rechteck 0,1 mw -1 0,058% ind,noise(f ref 0 40 pw / Normal 0,1 mw -1 0,000% ind,noise(f 0 40 pw / Normal 0,1 mw -1 0,000% p mismatch(f ref 1 0,035 0,009 / -verteilt 1 0,045% p mismatch(f 1 0,035 0,00 / -verteilt 1 0,099% p mismatch,(f ref 1 0,035 0,07 / -verteilt 1 0,346% p mismatch,(f 1 0,035 0,1/ -verteilt 1 0,53% p conn 1,74% 0,046% / 0 -verteilt 1 0,495% 65,1 mv F, 0, 8893 W( cal,rel 73,mV W(F, XIII Zusammenfassung der Einflussgrößen und Ergebnisse,0 % (k= 1,0 % (k= Die Zahlenwerte und vollständigen Matrizen für die Einflussgrößen und die frequenzgenauen Ergebnisse an den Berechnungsstützpunkten für die einzelnen Messgrößen, Bezugs- und Gebrauchsnormale, Adapter oder Dämpfungsgliedkombinationen sind den mitgeltenden Excel-Tabellen Messunsicherheiten-Tabelle-XIII.-Kalibrieren-von-HF-Messgeraeten zu entnehmen. Zusammengefasste Ergebnisse werden im Leistungsnachweis bzw. der Anlage zur Akkreditierung aufgeführt. XIII Ergebnis Ringvergleich TB-esz vom Messobjekt: R&S NRV-Z51, TB SN 04(f Normal, esz: R&S NRVC esz TB Frequenz in GHz inc in dbm in db rel in db linear EEROM cal,rel M esz cal,rel M TB Differenz esz-tb En 0,05 0-0,071 0,000 1,0000 1,0000 1,0000 0,9% 1,0000 0,% 0,0000 0,00 0,1 0-0,065 0,006 1,0014 0,9980 0,9994 1,0% 0,9990 0,% 0,0004 0,04 0,5 0-0,056 0,015 1,0035 0,990 0,9954 1,0% 0,9954 0,3% 0,0000 0, ,053 0,018 1,004 0,9880 0,991 1,0% 0,9916 0,4% 0,0005 0,05 0-0,047 0,04 1,0055 0,9800 0,9854 1,0% 0,9855 0,4% -0,0001-0, ,043 0,08 1,0065 0,9740 0,9803 1,% 0,9813 0,6% -0,0010-0, ,045 0,06 1,0060 0,9690 0,9748 1,% 0,9765 0,6% -0,0017-0, ,051 0,00 1,0046 0,9670 0,9715 1,6% 0,9753 0,6% -0,0038-0, 6 0-0,041 0,030 1,0069 0,9640 0,9707 1,6% 0,974 0,6% -0,0017-0, ,03 0,041 1,0095 0,9570 0,9661 1,6% 0,9698 0,6% -0,0037-0, 8 0-0,01 0,059 1,0137 0,9510 0,9640 1,6% 0,9688 0,6% -0,0048-0, ,03 0,041 1,0095 0,9530 0,960 1,6% 0,9661 0,6% -0,0041-0, ,08 0,043 1,0100 0,9500 0,9595 1,6% 0,9636 0,8% -0,0041-0, ,005 0,076 1,0177 0,940 0,9586 1,6% 0,9653 0,8% -0,0067-0, ,008 0,079 1,0184 0,9390 0,956 1,6% 0,9636 0,8% -0,0074-0,41 1,4 0-0,014 0,057 1,013 0,9430 0,9555 1,6% 0,9610 0,8% -0,0055-0,31 Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.

23 13 0 0,01 0,083 1,0193 0,9360 0,9541 1,7% 0,9591 0,8% -0,0050-0, ,01 0,09 1,014 0,9330 0,9530 1,7% 0,9581 1,% -0,0051-0, ,011 0,08 1,0191 0,930 0,9498 1,7% 0,9573 1,% -0,0075-0, ,037 0,034 1,0079 0,9380 0,9454 1,7% 0,9548 1,% -0,0094-0, ,07 0,001 1,000 0,940 0,94 1,7% 0,9550 1,% -0,018-0, ,049 0,0 1,0051 0,9400 0,9448 1,7% 0,956 1,% -0,0078-0,38 Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art (auch auszugsweise der Vervielfältigung, Ausdruck oder Weitergabe nur mit Genehmigung der esz AG calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 83 Eichenau, Germany.