Messungen mit einem Vektor-Netzwerkanalysator
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Messungen mit einem Vektor-Netzwerkanalysator
Da nun ein neues Kalibrierungsmodul mit einem geringen Einfügeverlust und einer hohen Anzahl von Impedanzreferenzpunkten zur Verfügung steht, ist der begrenzende Faktor bei der Charakterisierung dieses Moduls aber die Verwendung von TOSM-Kalibrierungen: Letztlich wird ein Verfahren mit höherer Genauigkeit als beim TOSM-Verfahren mit Gleitlasten benötigt. Die Lösung besteht in der Verwendung eines VNA, der mit dem LRL-Verfahren kalibriert wurde. Da LRL-Kalibrierungen die Genauigkeit des TOSM-Verfahren übertreffen, liefert der Einsatz von LRL-kalibrierten VNAs zur Messung der Impedanzpunkte innerhalb des AutoCal-Moduls die bestmöglichen Wellenwiderstands-Messungen, um eine AutoCal-Referenzdatei zu generieren.
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Beispiele für die Kalibrierungseinrichtung
Ein wesentlicher Vorteil von automatischen Kalibrierungsmodulen besteht in der Fähigkeit, den VNA sowohl für „einfügbare“ (insertable) als auch „nicht einfügbare“ (non-insertable) Messobjekte kalibrieren zu können. Da sich das Kalibrierungsmodul für jede beliebige Anordnung von Steckverbinder-Konfigurationen auslegen lässt, kann ein Modul die VNA-Messtore für ein Messobjekt mit Stecker/Buchse-, Stecker/Stecker- oder Buchse/Buchse-Ausführung kalibrieren. Bei einer Stecker/Buchse-Konfiguration (auch als „einfügbare“ Konfiguration bezeichnet) können die Messtore direkt verbunden werden. Erwähnt sei in diesem Zusammenhang noch einmal, dass das typische automatische Kalibrierungsmodul (mit einer hohen Einfügedämpfung) die Genauigkeit der Kalibrierung des Transmissionsgleichlaufs beschränkt. Der beste Ansatz, diese Beschränkung zu überwinden, ist die direkte Verbindung der Messtore des VNA während des Kalibrierens der Durchverbindung.
Obwohl sich herkömmliche Kalibrierungsmodule für „nicht einfügbare“ Messobjekte konfigurieren lassen (z.B. Stift/Stift oder Buchse/Buchse), muss die Kalibrierung der Durchverbindung vom Modul durchgeführt werden, da die Messtore nicht direkt verbunden werden können. Auch wenn ein Adapter für das Kalibrieren der Durchverbindung ohne das Modul verwendet werden kann, so bringt dies zusätzliche Fehler mit sich, da es sich nicht um eine ideale Durchverbindung ohne Dämpfung und ohne elektrische Länge handelt. Selbst wenn es technisch möglich sein sollte, eine Art Charakterisierungsdatei zu erstellen, die den Adapter bei der Kalibrierung der Durchverbindung beschreibt, ist zu beachten, dass der Adapter selbst ein „nicht einfügbares“ Messobjekt ist, das wiederum von einem VNA gemessen werden muss, der in einer „nicht einfügbaren“ Umgebung kalibriert wurde
Um diese Einschränkung zu umgehen, kann ein SOLR-Kalibrier-Algorithmus verwendet werden, bei dem die Durchverbindung nicht definiert ist. Es muss sich vielmehr bei der Durchverbindung im Prinzip um ein umkehrbares Element unter Einbeziehung der Länge des Elements (in der Regel innerhalb einer halben Wellenlänge bei der höchsten Frequenz) handeln. Die sich dabei ergebende Kalibrierung ist zwar nicht so gut wie bei der Verwendung einer perfekten Durchverbindung, sie ist jedoch besser als beim einfachen Einsatz eines Adapters ohne Charakterisierung oder mit einer falschen Charakterisierung.
Die Messung „nicht einfügbarer“ Messobjekte mit geringen Einfügeverlusten stellt demnach eine der größten Herausforderungen bei der VNA-Kalibrierung dar. Der Vorteil eines „Precision AutoCal“-Moduls, eine bessere Kalibriergenauigkeit als das TOSM-Verfahren zu erzielen, gilt somit nicht nur für Messungen einfügbarer, sondern auch für Messungen „nicht einfügbarer“ Messobjekte mit entsprechender Stift/Stift- oder Buchse/Buchse-Konfiguration. Als Beispiel zeigt Bild 5 die verlustarme Messung einer Luftleitung – also eine eher anspruchsvolle Messung – nach der Kalibrierung mit dem „Precision AutoCal“.
Als Fazit ergibt sich, dass automatische Kalibrierungsmodule mit dem hier geschilderten „Precision Auto-Cal“ den Nachteil überwunden haben, keine Genauigkeit auf dem TOSM-Niveau liefern zu können. Vielmehr sind nun Genauigkeitswerte verfügbar, die über denen des TOSM-Verfahrens liegen, wobei zusätzlich noch der Zeitaufwand für die Durchführung manueller Kalibrierungen entfällt. ha
- Messungen mit einem Vektor-Netzwerkanalysator
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