Der Gerätereport Aktuelle Trends in der Labormesstechnik

Labormesstechnik: Der Gerätereport
Labormesstechnik: Der Gerätereport

Besonders die Labormesstechnik ist ein sehr genauer Indikator für die Möglichkeiten, die hochwertige High-speed-Messgeräte-Designs zusammen mit ausgefeilter Software bieten. Die Synergie-Effekte sind beachtlich, vor allem in Bezug auf Messgeschwindigkeit und Präzi-sion. Und auch die Systembus-Chassis sind mehr und mehr auf den Labortischen zu finden.

Seit längerem schon zeichnen sich zwei Haupttrends in der Labormesstechnik ab, und sie gewinnen momentan noch an Bedeutung: Erstens werden immer mehr Software und Computer-Power in das klassische Labor-Messgerät implementiert, so dass das „Embedded Computing“ sich nicht nur in Kommunikations- oder Automatisierungs-systemen und in allen Geräten der Consumer-Industrie findet. Das Arbeiten am Entwickler-Labortisch wird letztlich auch schneller und präziser. Die Oszilloskope und Netzwerkanalysatoren sind hierfür ein deutliches Beispiel.

Zweitens verändern sich die traditionellen Kombinationen aus verschiedenen Stand-alone-Messgeräten auf dem Labortisch hin zu modularen Systembus-Architekturen in einem einzigen und wesentlich kleineren Kompakt-Chassis. Das Ganze unter Steuerung eines schnellen Controllers und ausgerüstet mit mittlerweile beliebig vielen Sensorik/Aktorik-, I/O- und Kommunikations-Kanälen aller Art. Beispiel hierfür sind die PXI-Systeme - im folgenden beispielhaft repräsentiert durch neue PXI-Digitizer. Doch zunächst einige klassische Labormessgeräte.

Neue Maßstäbe in der Netzwerkanalyse

Mit den verfügbaren Frequenzbereichen von 9 kHz bis 4,5 GHz oder 9 kHz bis 8,5 GHz in (je nach Typ) 2- oder 4-Tor-Version zielen die neuen Netzwerkanalysatoren R&S ZNB und R&S ZNC (Bild 1) von Rohde & Schwarz hauptsächlich auf die Kommunikations- und (Embedded-)High-speed-Computerindustrie ab. An technischen Parametern beachtenswert sind insbesondere - laut Datenblatt - der Dynamikbereich bis 140 dB und das nie-drige Rauschen von 0,004 dB(rms). Hinzu kommt ihre Ausgangsleistung bis +13 dBm, die elektronisch um 90 dB variierbar ist.

Der Typ R&S ZNB ist als 2- oder 4-Tor-Version konzipiert für die Entwicklung, Produktion und den Service von HF-Komponenten wie Verstärkern, Mischern, Filtern oder Kabeln, die zum Beispiel bei Herstellern von Basisstationen und mobilen Kommunikationsgeräten in großen Stückzahlen zum Einsatz kommen. Der Typ ZNC hat den gleichen Formfaktor, ist aber nur als 2-Tor-Version erhältlich. Er deckt den Frequenzbereich von 9 kHz bis 3 GHz ab, doch seine Dynamik und die Variabilität des Ausgangspegels sind eingeschränkt.

Sein Einsatzgebiet ist vorwiegend der Test von passiven Komponenten. Beide Analysatoren verfügen über eine Touchscreen-Bedienung, die intuitives Arbeiten erleichtert und damit die Messsicherheit und Fehlerfreiheit erhöht. Mit Hilfe des 12,1-Zoll-Touchscreens kann der Nutzer durch einfache Fingerbewegungen Messfenster einrichten und verschieben, Messkurven bearbeiten, Marker für die Analyse bewegen, die Skalierung anpas-sen und Details herauszoomen. Alle grundlegenden und häufig gebrauchten Funktionen sind über Tasten direkt aufrufbar.

Das so genannte „Softpanel“ bietet alle kontextbezogenen Bedienelemente auf einen Blick an. Alle Gerätefunktionen sind so mit maximal drei Tasten-drücken bequem zu erreichen. Die bisher bei Messgeräten üblichen Seiten- und Untermenüs gibt es nicht mehr.

Die Messzeit pro Messpunkt beträgt bei kleinen Messbandbreiten in etwa 1/Messbandbreite. Je größer also die Messbandbreite ist, desto kürzer fällt die resultierende Messzeit aus. In diesem Fall ist ein Dynamikbereich bis 140 dB bei 10 Hz Messbandbreite erzielbar. Für 120 dB Dynamik reicht damit eine Messbandbreite von 1 kHz und entsprechend 1 ms Messzeit pro Punkt. Damit bietet der Analysator auch genügend Signal/Rausch-Abstand für hohe Messgenauigkeit.

Die Messlatte für Parametersätze bei Vektor-Netzwerkanalysatoren wird durch einen neuen Gerätetyp von Anritsu nach oben gelegt: Innovative Architekturen und Schaltungskonzepte sorgen dafür, dass im Frequenzbereich von 40 kHz bis 125 GHz bezüglich Messpräzision, Stabilität und Dynamikbereich sehr hohe Standards erfüllt werden. Der Vektor-Netzwerkanalysator nennt sich ME7838A. Er gehört zur Kategorie der Single-Sweep-Analysatoren (hier 70 kHz bis 110 GHz), was sehr kurze Diagnosezeiten erwarten lässt: 55 ms für 201 Punkte bei einer ZF-Bandbreite von 10 kHz stehen im Datenblatt.

Weitere beachtliche Parameter sind der Dynamikbereich von 107 dB bei 110 GHz bzw. noch 92 dB bei 125 GHz, was nicht zuletzt auf die mechanisch optimierte Anordnung der Millimeterwellen-Module nahe oder direkt an einem Prober zurückzu-führen ist. Die kleinen und leichten Module benötigen keine großen, schweren und teuren Positionierer und können auch anders als in der typischen Ost-West-Anordnung montiert werden.

Eine neuartige Leistungsregelung für das Stimulus-Signal sorgt auch dafür, dass bis hinab zu Pegelwerten von -55 dBm hinsichtlich Genauigkeit und Stabilität sehr gute Daten erreicht werden. Zuständig ist dafür ein neues Regelungskonzept, das sehr schnell arbeitet und das verglichen mit herkömmlichen Konzepten der mechanischen Steuerung von Dämpfungsgliedern und deren Korrekturtabellen bessere Linearitäts-, Genauigkeits- und Wiederholbarkeits-Werte bietet.

Das neuartige Single-Sweep-Konzept namens VectorStar kann zudem im Power-Sweep-Modus beispielsweise den Kompressionspunkt von Verstärkerbaugruppen über der Frequenz bestimmen. Auch bietet die Single-Sweep-Architektur, die dem Schaltungskonzept zugrunde liegt, eine sehr gute Richtschärfe, da es auf MUX-Combinern wie bei herkömmlichen Systemen verzichtet. Hierdurch werden über den gesamten Frequenzbereich hinweg bis zur Maximal-frequenz eine Amplitudenstabilität von 0,1 dB und eine Phasenstabilität von 0,5 über einen Zeitraum von 24 Stunden erreicht, was sich positiv auf die Kalibrierintervalle auswirkt und die Messpräzision steigert.

Die Charakterisierung von SHF- und EHF-Komponenten ist sicherlich eine Hauptanwendung des neuen Analysators. Untersucht werden können also beispielsweise aktive und passive Millimeterwellen-Baugruppen im EHF-Band, wie die neuen 60-GHz-WPANs, Netzwerk-Komponenten für Übertragungsraten von 40 Gbit/s und mehr, Automobil-Radar-Komponenten für 77 oder 94 GHz, Bauteile für bildgebende Radarsysteme bei 94 GHz oder Komponenten zur aktuellen Ka-Band-Satellitenkommunikation. Aber auch für Signal-Integrity-Untersuchungen im Rahmen der Entwicklung von neuartigen Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie von 28-Gbit/s-SerDes-Transceivern (Serial-Deserial), die in Servern, Routern oder anderen IT-Anwendungen eingesetzt werden, ist der Analysator konzipiert.

Letztlich machen die Leistungsdaten diesen Messplatz auch für andere Messaufgaben im Bereich der Mobilfunk-Kommunikations- und Höchstfrequenz-Wireless-Technik, der Mikrowellen-Spektroskopie oder Medizintechnik und Radioastronomie geeignet. Verfügbar sein soll das Gerät nach Angaben des Herstellers im 3. Quartal 2011.