HF-Messtechnik
Vektor-Netzwerkanalyse mit mehr als vier Toren
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Echte Mehrtor-Netzwerkanalyse
Als Alternative zum Messsytem basierend auf Schaltmatrizen bietet Rohde & Schwarz mit dem R&S ZNBT einen echten Mehrtor-Netzwerkanalysator mit bis zu 24 Messtoren. Um die Unterschiede zu der Schaltmatrixlösung zu verstehen, muss man zunächst wissen, wie ein Netzwerkanalysator prinzipiell aufgebaut ist – hierfür dient ein VNA des Typs R&S ZNB als Beispiel. Hier befindet sich hinter jedem Messtor ein Reflektometer, welches von der internen Quelle gespeist wird und ein direktives Element, Messbrücke oder Koppler und zwei Messempfänger enthält. Dieses Prinzip wurde auf den R&S ZNBT übertragen (Bild 2).
Jobangebote+ passend zum Thema
Bei Matrizenlösungen dagegen stehen nur die zwei oder vier Reflektometer des verwendeten VNA zur Verfügung. Im Vergleich zu dieser Lösung erreichen echte Mehrtor-VNAs ein deutlich besseres HF-Verhalten. So ist der Dynamikbereich größer, da keine Dämpfungen durch die Schalter auftreten und die Isolation zwischen den Reflektometern deutlich größer ist als zwischen den Schaltermodulen einer Matrix. Auch der Ausgangspegel ist höher, da keine Dämpfung wie bei einem Matrix-basierten System auftritt. Dies ist vorteilhaft für aktive Bauteile, z.B. Verstärker und hochsperrende Bauteile.
Ein weiterer Vorteil ist, dass in diesem Fall an allen Toren zeitgleich gemessen werden kann, da hinter jedem Messtor ein Messempfänger vorhanden ist. Wenn etwa ein 1-auf-8-Splitter vermessen werden soll, dann müsste nur einmal Tor 1 angeregt werden und der Anwender könnte zeitgleich an Tor 1 bis 9 messen. Er hat somit in einem Sweep die Transmissionsmessung von 1-2, 1-3, 1-4 usw. durchgeführt. Bei Verwendung einer Schaltmatrix kann maximal an vier Toren gleichzeitig gemessen werden, da maximal vier Reflektometer mit entsprechenden Messempfängern vorhanden sind. Somit muss der Anwender für die gleiche Anzahl an Toren die Matrix mehrmals schalten und sweepen.
Die Reduzierung der Anzahl der Sweeps bei einem echten Mehrtornetzwerkanalysator beschleunigt den Messablauf. Die Messgeschwindigkeit lässt sich noch weiter erhöhen, wenn der Anwender den sogenannten Parallelmodus des R&S ZNBT nutzt. Dieser Modus erlaubt das gleichzeitige, parallele Messen von Bauteilen. So können mit dem 24-Tor-VNA z.B. zwölf gleiche Filter (2-Tor-DUTs) oder 24 gleiche Antennen (1-Tor-DUTs) parallel vermessen werden. Vor allem in Produktionsanwendungen ist dies zeitsparend.
Systemfehlerkorrektur von Multiportmessungen
Ein weiteres bedeutsames Thema ist die Kalibrierung bzw. die Systemfehlerkorrektur des Netzwerkanalysators. Bei Verwendung von Schaltmatrizen, die von Messgeräteherstellern als Erweiterung für deren VNAs angeboten werden, ist diese Berechnung und Ansteuerung bereits in der Firmware integriert und für den Anwender genauso einfach wie bei Messungen mit vier Toren.
Eine weitere sehr große Hilfe ist die Verwendung von automatischen Kalibriereinheiten (Bild 3 a+b). Beim R&S ZNB etwa erkennt die Firmware automatisch die Kalibriereinheiten des Systems, sobald sie per USB angeschlossen sind. Sie zeigt dann im Kalibriermenü an, welche Tore der Kalibriereinheit mit welchem Messtor verbunden werden müssen. Je höher die Anzahl der Tore einer Kalibriereinheit, umso weniger Kalibrierschritte sind notwendig. Das spart Zeit und reduziert Fehler.
Derzeit gibt es Kalibriereinheiten mit bis zu 24 Toren. Letztlich muss der Anwender entscheiden, für welche Lösung des Mehrtor-Problems er sich entscheidet (siehe auch die Tabelle) – für einen echten Mehrtor-Analysator oder eine Schaltmatrizenlösung als Nachrüstung.
| Schaltmatrizen-Lösung z.B. R&S ZNB mit R&S ZN-Z84 | Echter Mehrtor-VNA z.B. R&S ZNBT |
|---|---|
| Bis zu 48 Tore | Bis zu 24 echte VNA Messtore mit je einem eigenen Reflektometer |
|
Unkomplizierte und kostengünstige Erweiterung der Messtore eines bereits vorhandenden VNA |
Sehr gute HF-Eigenschaften wie: Dynamikbereich bis zu 140 dB und hohe Ausgangspegel bis zu +13 dBm |
| Über PC steuerbar und als unabhängiges Schaltmodul verwendbar | Hohe Messgeschwindigkeit durch paralleles Messen und zusätzlichen Parallelmodus |
| Verwendung von automatisierten Mehrtor-Kalibriereinheiten | Verwendung von automatisierten Mehrtor-Kalibriereinheiten |
Tabelle. Vorteile der jeweiligen Mehrtor-Lösungen
Die Autorin
| Tanja Schulze |
|---|
|
hat ihren Werdegang bei Rohde & Schwarz 2002 mit einer Ausbildung zur Kommunikationselektronikerin gestartet. Ab 2005 studierte sie Elektrotechnik an der Technischen Universität München. Seit 2012 arbeitet Tanja Schulze als Produktmanagerin für Netzwerkanalysatoren bei Rohde & Schwarz. |
- Vektor-Netzwerkanalyse mit mehr als vier Toren
- Echte Mehrtor-Netzwerkanalyse
Lesen Sie mehr zum Thema
