Vom Z-g-Diagraph bis zum ZVA 50: Die Entwicklung der Netzwerkanalyse

Rohde & Schwarz hat kürzlich den ersten Vektornetzwerkanalysator für einen durchgängigen Frequenzbereich von 10 MHz bis 50 GHz vorgestellt – und damit eine neue Referenzmarke in der Industrie gesetzt. Wir haben dies zum Anlass genommen, einmal bei den Experten des Elektronik-Konzerns nachzufragen, wie sich die Netzwerkanalyse entwickelt hat und wo ihr Weg hingeht.

Unsere Großväter verwendeten noch geschlitzte Messleitungen, um Netzwerke zu analysieren«, beginnt Michael Hiebel, Entwicklungsingenieur für Vektornetzwerkanalysatoren bei Rohde & Schwarz und Autor des Buches »Grundlagen der vektoriellen Netzwerkanalyse« seinen Exkurs in die Entwicklung der Netzwerkanalyse. »Damals haben sie wohl von komfortableren Instrumenten geträumt, da diese Art von Messungen sehr zeitaufwendig war. Das Maximum und Minimum der Welligkeitskurve sowie der genaue Abstand zwischen dem ersten Minimum und der Bezugsebene mussten manuell ermittelt werden. Der komplexe Reflexionsfaktor wurde dann mittels geeigneter Formeln und Tabellen errechnet.«

Damals war es der »Z-g-Diagraph« von Rohde & Schwarz, der als erstes Gerät die komplexen S-Parameter direkt anzeigte, also ohne dass eine zusätzliche Berechnung nötig war. »Zu Recht kann man das Gerät schon als Vektornetzwerkanalysator bezeichnen«, so Hiebel. »Und das, obwohl dieser Begriff noch gar nicht existierte, als es Anfang der 50er-Jahre auf den Markt kam.« Die Familie der Z-g-Diagraphen deckte damals schon einen Frequenzbereich bis 2,4 GHz ab.

Während der späten 60er- und frühen 70er-Jahre brachten mehrere Hersteller vektorielle Spannungsmesser auf den Markt. Dadurch konnte man mit weiteren Komponenten wie Richtkopplern oder VSWR-Brücken ein Netzwerkanalysator-System aufbauen. »Bis dahin mussten Anwender Messungen an jedem einzelnen Frequenzpunkt per Hand durchführen«, führt Hiebel weiter aus. »Die Vektorspannungsmesser machten das überflüssig. Mit der Entwicklung der Mikroprozessoren in den späten 70er-Jahren wurden die vektoriellen Netzwerkanalysator-Systeme um einen Steuerrechner erweitert und damit ein automatisches Vektornetzwerkanalyse-System geschaffen.« Hier wird deutlich, welchen Einfluss die digitale Datenverarbeitung auf Steuerung, Datenerfassung und Nachverarbeitung (z.B. Systemfehlerkorrektur) nahm.

»In den 80er-Jahren wurden die Vektornetzwerkanalyse-Systeme kompakt«, schildert Hiebel. »Einzelgeräte mit drei oder vier kohärenten Empfängern kamen auf den Markt. Die Entwicklungen auf dem Gebiet der drahtlosen Kommunikation rückten von da an die Forderungen nach größerem Dynamikbereich und kürzeren Messzeiten immer mehr in den Vordergrund.« Der GSM-Standard erforderte unter anderem Komponenten mit verbesserten Intermodulationseigenschaften sowie die zugehörige Messtechnik. »Während der letzten 20 Jahre konnte der Dynamikbereich um mehr als 35 dB verbessert werden«, so Hiebel. »Möglich wurde das durch Einsatz des Grundwellenmischkonzepts in der Netzwerkanalyse. Der gesteigerte Einsatz von Vektornetzwerkanalysatoren in Fertigungsstraßen führte im selben Zeitraum auch zu einer Reduzierung der Sweepzeiten auf etwa 1/100 der vorherigen Zeiten.«