Erweiterungen des Testsets

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1 Hochfrequenztechnik Praktikum Zusammenfassung des Kapitels Erweiterungen des Testsets aus dem Buch Grundlagen der vektoriellen Netzwerkanalyse von Michael Hiebel, herausgegeben von Rhode und Schwarz Tobias Rademacher Inhaltsverzeichnis: Empfängereichleitungen. Seite 2 Generatoreichleitungen Seite 4 Aktive und passive Testsets..Seite 5

2 Erweiterungen des Testsets Die im Folgenden beschriebenen Komponenten gehören nicht zur Standart-Ausstattung von Netzwerkanalysatoren, erweitern aber ihren Anwendungsbereich erheblich. Empfängereichleitungen Eine höhere Ausgangsleistung eines Messobjektes (Bsp. Leistungsverstärker) als die maximal zulässige Messtoreingangsleistung erfordert den Einsatz eines reziproken Dämpfungsgliedes. Dies führt aber zu einer Veränderung des Reflexionsgleichlaufs, der Direktivität und Messtoranpassung. Die Bezugsebene zur Bestimmung des Reflexionsfaktors Γ Verst liegt vor dem DUT (Leistungsverstärker), d.h. das Dämpfungsglied ist ein Bestandteil des Testsets. Das vom Referenzkanal erfasste Signal gelangt über die Transmissionsfaktoren s 21 und s π21 zum DUT und wird dort mit Γ Verst reflektiert und gelangt weiter über die Transmissionsfaktoren s 21π und s 32 zum Messkanalempfänger. So errechnet sich der Reflexionsgleichlauf als R =Rs 2 π21 (2.4-1) Da die Messtoranpassung überwiegend vom Reflexionsfaktor s 11 des Dämpfungsgliedes abhängt ist folgende Näherung ausreichend S =s 11 (2.4-2) Die Direktivität wurde in Kapitel durch Formel (2.2-6) definiert. Bei dieser Anordnung tragen die Transmissionsfaktoren s 31 s 21 s π22 s 32 zum Übersprechen bei. Der Parameter s 31 berechnet sich aus R*D. Der Transmissionsfaktor für den Signalpfad errechnet sich aus s 21 *s π22 *s 32 =R*s π22. Die Direktivität wird folgendermaßen ermittelt D =(R*D+R*s π11 )/(R*s 2 π21)=(d+s π11 )/s 2 π21 (2.4-3) 2

3 Aus den Eigenschaften D und R des direktiven Elements werden wegen dem Dämpfungsglied (die schlechteren Werte) D und R. Die Messtoranpassung S wird hauptsächlich durch die Anpassung des Dämpfungsgliedes bestimmt. Folgende Tabelle stellt die interessanten Werte ohne und mit Dämpfungsglied (mit einer Reflexionsdämpfung von 20dB und einer Einfügedämpfung von 13dB) gegenüber. Parameter ohne mit Reflexionsgleichlauf R = 13.5dB R = ca. 40dB Direktivität D = 46dB D = ca. -6dB Messtoranpassung S = 26dB S = 20dB Tabelle Besonders auffällig ist die große Verschlechterung der Direktivität von 46dB auf -6dB. IdR können die Veränderungen von der Systemfehlerkorrektur beseitigt werden, allerdings lässt sich eine beliebige Genauigkeitsverbesserung nicht realisieren. Die Verschlechterung des Reflexiongleichlaufs von 13.5dB auf 40dB verursacht einen schlechten Signal/Rauschabstand. Abhilfe schafft hier nur eine andere Messkonfiguration. Wenn man auf den Messkanal des Netzwerkanalysators zugreifen kann bietet es sich an das Dämpfungsglied zwischen Messkanalempfänger und direktivem Element anzuordnen. Das ist machbar weil die Leistungsobergrenze des direktiven Elements meist deutlich höher als die ist des Messkanallempfängers ist, so bleibt die Direktivität unverändert (siehe folgende Graphik). Bei häufig wechselnden Anforderungen an die Eingangsleistung sollte eine interne Empfängereichleitung verwendet werden. Der Einsatz dieser führt zu Änderungen des Pegels und der elektrischen Länge zwischen Messbrücke und Messkanalempfänger. Die Änderung des Pegels lässt sich in erster Näherung rechnerisch kompensieren, zur Korrektur der Phasenänderung bedarf es einer neuen Kalibrierung, man kann aber auch mit fest eingestellten Kalibriersätzen arbeiten. Um diese Leitungen nicht zu oft austauschen zu müssen, wird bei der Konstruktion moderner Netzwerkanalysatoren auf einen möglichst großen Eingangspegelbereich geachtet. 3

4 Generatoreichleitungen Um Messobjekte mit hoher Verstärkung zu messen bietet sich eine Stimulussignalabsenkung an, die sich mit Generatoreichleitungen realisieren lässt. Die zwei verschiedenen Messaufbauten unterscheiden sich durch die Anordnung der Generatoreichleitungen. Einmal ist sie vor dem Signalteiler angeordnet, beim anderen dahinter. Im ersten Fall (siehe folgende Graphik) heben sich die von der Generatoreichleitung verursachten Pegel- und Phasenänderungen bei der Berechnung der S-Parameter auf. Das durch den abgesenkten Pegel des Referenzkanalempfängers reduzierte Signal/Rausch- Verhältnis kann mit einer automatischen Verstärkungsregelung oder einer passender ZF- Bandbreite kompensiert werden. Im zweiten Fall wird nur das Signal a 1 gedämpft, so, dass Pegel und Phase des Referenzkanals a 1 von der Eichleitung nicht wesentlich beeinflusst werden. Damit wird verhindert, dass der Referenzkanalempfänger mit sehr kleinen Pegeln, also einem geringen Signal/Rausch- Abstand arbeiten muss. Pegel- und Phasenänderungen heben sich jetzt allerdings nicht mehr im Rahmen der Quotientenbildung auf. Das macht eine neue Kalibrierung erforderlich. 4

5 Aktive und passive Testsets Zur Arbeitspunkteinstellung aktiver Bauelemente ist es erforderlich dem HF-Signal eine Gleichspannung zu überlagern. Um den HF-Signalpfad möglichst wenig zu beeinflussen wählt man die Gleichstromzuführung über eine Induktivität. Zur galvanischen Trennung der umliegenden Bauteile werden Kondensatoren verwendet (siehe nachfolgende Graphik). Aktive Testsets ermöglichen eine Gleichstromzuführung über seperate Eingänge am Netzwerkanalysator (PORT BIAS). Um eine Verschlechterung der Direktivität sollte die Gleichstromzuführung zwischen Signalteiler und direktivem Element angeordnet werden, so lässt sich jede unnötige Dämpfung verhindern. Passive Testsets sind prinzipiell nicht für eine überlagerte Gleichspannung ausgelegt. 5