Vektornetzwerkanalysatoren Die Vorteile von tragbaren VNAs

Die Installation und Wartung von Kommunikations-Baugruppen oder HF-Systemen erfordern Messgeräte, die die Fähigkeiten von Tisch-Instrumenten mit einer hohen Portabilität kombinieren. Tragbare Vektornetzwerkanalysatoren sind solche Messtechnik-Tools.

Bei einem typischen Drahtlos-Kommunikationssystem, beispielsweise einer Basisstation, stehen Techniker und Ingenieure, die zudem häufig im Freien „vor Ort“ arbeiten, vor dem Problem, dass Fehler an einzelnen Bauteilen rasch einen Ausfall des Gesamtsystems verursachen können. Solche Bauteile können Antennen, Kabel, Filter, Multiplexer, Verstärker, Isolatoren, Zirkulatoren, Schalter und rauscharme Verstärker sein.

Hier ist ebenso entsprechende Messtechnik gefragt wie beispielsweise für Wartungsteams, die an Hochfrequenzbaugruppen für das Broadcast- oder Ku-Band arbeiten, oder für Instandhaltungspersonal, das rasch die Fehler in Luftfahrzeug-HF-Komponenten lokalisieren und beheben muss, ohne diese Baugruppen aber ausbauen zu können.

Bei allen derartigen Hochfrequenz-Systemen sind die jeweilige Leistung und auch die Betriebssicherheit stark von einer Vielzahl hochpräziser Komponenten abhängig, welche meist unter den Langzeiteinflüssen von Wetter und Alterung stehen. Zum Beispiel degradieren Kabel, Antennen, Filter und HF-Verbinder mit der Zeit durch Korrosion, durch das Eindringen von Wasser oder durch den ganz normalen Alterungsprozess.

Ein weiteres Beispiel, bei dem geeignete HF-Messtechnik nötig wird, ist die Optimierung der Reichweite von Drahtlos-Kommunikationssystemen. Diese brauchen in den Sende- und Empfangsteilen geeignete Signal-Trennungskomponenten (Duplexer, Diplexer) zur Vermeidung von Störungen oder Beeinflussungen. Bei deren Betrieb müssen regelmäßig Grenzwerte eingehalten werden, die in Form einer Grenzwertlinie oder Maske vorgegeben sind.

Die Messungen an und der Abgleich von hierbei verwendeten Zweipolen, wie z.B. Cavity-Filtern, Combinern, Multiplexern usw., sollten am besten „vor Ort“ erfolgen, also unter schwierigen Arbeitsbedingungen. Das können sein: z.B. beengte Sender-Empfängerstationen, Standorte in der Nähe von Flugplätzen, widrige Witterungseinflüsse oder Arbeitsplätze direkt auf der Arbeitsplattform von Antennenmasten.

Kompakte Multi-Instrument-Testgeräte sind gefragt

Komplexität und Vielfalt der bei den eben genannten Beispielen erforderlichen Messungen stellen große He-rausforderungen an die Messgeräte. Ingenieure, Techniker und andere Fachleute mussten sich seit jeher auf „monofunktionale“ Instrumente verlassen, meistens in Form von sperrigen Tisch-Instrumenten, die eher dazu geeignet sind, in Labors oder Produktionshallen verwendet zu werden als im Freien. Am meisten wurden dabei ein Vektornetzwerkanalysator (VNA), ein Zeitbereichs-Reflektometer (Time Domain Reflectometer oder TDR), ein Modulations-Analysator und ein Spektrumanalysator benötigt.

Ein VNA wird benutzt, um Streuparameter-Messungen an Koaxial- und Hohlleiterkomponenten oder anderen HF-Baugruppen durchzuführen. Wartungsmitarbeiter benutzen ein TDR, um Kabel auf Fehler hin zu prüfen (z.B. Unterbrechungen, die durch eine lockere Verbindung, Feuchte, Korrosion oder falsche Konfektionierung verursacht werden können). Ein Spektrumanalysator wird benötigt, um Frequenz- und Modulationsparameter zu analysieren oder um Störquellen zu erkennen und zu lokalisieren. Übrigens: Spektrumanalysatoren, die gleichzeitig auch eine Modulations-Analyse gestatten, zeigen gleichzeitig die Leistungsfähigkeit des Systems an in Bezug auf maximal erlaubte Abweichungen, die belegte Bandbreite, die Einhaltung der Emissionsgrenzen, Seitenbänder und andere Parameter.

Diese Test-Konfigurationen reichen jedoch nicht aus, um alle nötigen Messungen durchzuführen: Es gibt Einschränkungen. Da multifunktionale Instrumente benötigt werden und Tisch-Instrumente zu spezialisiert und häufig auch sperrig sind und zudem nicht alle Messungen durchführen können, wurden fahrbare, große und „schwere Laborwagen“ konfiguriert. Dies erschwert es – oder macht es sogar unmöglich – eine tischgerechte „Mess-Lösung“ im Freien oder in erhöhten/beengten Umgebungen zu nutzen.

Zu der Komplexität der Benutzung von Tischgeräten im Freien kommt noch hinzu, dass sie Verlängerungskabel zur Stromversorgung oder sogar tragbare Stromversorgungsgeneratoren brauchen; ganz zu schweigen von den Unwägbarkeiten langer Mess- oder Test-Port-Kabel.

Hinzu kommt, dass die Displays von Labor-Instrumenten nicht für die Benutzung im Sonnenlicht entwickelt wurden und somit beim Ablesen im Freien ein weiteres Problem verursachen. Bei vielen Instrumenten ist der Betrachtungswinkel im Freien nicht optimal, besonders bei Systemen mit eingeschränktem Bewegungsfreiraum. Das Ablesen der Ergebnisse kann durch diese Faktoren erschwert oder gar unmöglich werden.

Bezüglich der Investition macht der Kauf eines „Labor-Instruments für die Benutzung im Freien“ jeden Einkäufer nervös. Die teuren Instrumente, die nicht für den Gebrauch im Freien entwickelt wurden, können unter den rauen Bedingungen und Wettereinflüssen in Außenbereichen beschädigt werden.

Servicemitarbeiter, die für die Funktionen drahtloser Netzwerke beim Militär, der Luftfahrt, beim Rundfunk und bei kommerziellen Anwendungen verantwortlich sind, benötigen also letztlich ein einziges Instrument, welches speziell für die hohen Leistungs- und Konformitätsansprüche von heute entwickelt wurde. Es sollte tragbar und strapazierfähig sein und umfangreiche Messroutinen anbieten können.