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Richtig kalibrieren

Sind Ihre Messungen genau genug?

11. August 2015, 10:39 Uhr | von Bob Stern und Peter Mosshammer

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Messung von Intermodulationsverzerrungen dritter Ordnung

Eine wichtige Kenngröße für Verstärker sind die Intermodulationsverzerrungen dritter Ordnung (Third Order Intermodulation Distortion, TOI). Bei der Messung dieser Größe werden zwei Signale gleicher Amplitude über einen Richtkoppler in den zu testenden Verstärker eingespeist (Bild 3).

Der Pegel der Signale hängt von der Verstärkung des Verstärkers ab, von seinem maximalen Ausgangspegel und natürlich von seinen TOI-Werten. Allgemein gibt die Spezifikation eines Verstärkers die erwartete TOI bei bestimmten Eingangspegeln an. Bei zwei Eingangssignalen erscheint jedes Intermodulationsprodukt dritter Ordnung im Spektrum wie in Bild 4 und 5 gezeigt.

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Wer schon einmal TOI-Messungen durchgeführt hat, weiß, dass man die Ausgangssignale der beiden Signalgeneratoren gegeneinander abschirmen muss, um Intermodulation durch deren Ausgangsstufen zu verhindern. Auch Signalanalysatoren können sich im Lauf der Zeit verschlechtern. Im Internetauftritt von Keysight [2] finden Sie unter dem Titel „Out-of-Cal Instruments Cause ‚Bad‘ Pass/Fail Decisions” ein fünfminütiges Video. Es zeigt einen scheinbar korrekt funktionierenden Signalanalysator, der in Wirklichkeit bei der TOI mehr als 5 dB schlechter war als spezifiziert. Nach einer Reparatur funktionierte er wieder einwandfrei. Wenn Sie sich also fragen: „Kann ich mir leisten, beim TOI-Test von Verstärkern 5 dB oder mehr Reserve zu verlieren?“ und Ihre Antwort darauf lautet: „Keinesfalls!“, dann sollten Sie mal einen Blick in das Kalibrierprotokoll Ihres Signalanalysators werfen.

Tabelle 2 zeigt ein Beispiel für ein TOI-Messprotokoll von Keysight. Wenn Ihr Kalibrierlabor kein Messprotokoll mitliefert oder ein Protokoll ohne TOI-Messung, dann bleibt unklar, was Ihr Messempfänger diesbezüglich leistet. Man braucht zwei Personen zum Tangotanzen – und ebenso zwei Mikrowellengeneratoren zum Messen der TOI eines Signalanalysators. Wenn in der Liste der bei der Kalibrierung eingesetzten Messgeräte keine zwei Mikrowellen-Signalgeneratoren auftauchen, wissen Sie, dass die TOI nicht nachgemessen wurde.

In der Mitte eingestellt?

Messgeräte, die man zur Kalibrierung einschickt, werden immer „in der Mitte“ eingestellt. Richtig oder falsch?

Falsch! Viele Kunden glauben irrigerweise, dass ihr Messgerät jedes Mal, wenn sie es zur Kalibrierung einschicken, optimal eingestellt zurückkommt. Das stimmt so nicht, noch nicht einmal, wenn es zum Hersteller eingeschickt wird. Bei der Kalibrierung werden zunächst einmal die aktuellen Eigenschaften des Geräts geprüft. Wenn sich dabei erweist, dass das Gerät innerhalb der Spezifikation liegt, wird es ohne weitere Maßnahmen zum Kunden zurückgeschickt.

Bei Keysight messen wir jedes Mal, wenn ein Gerät zur Kalibrierung kommt, jeden spezifizierten Parameter. Wenn irgendein Messwert außerhalb der Spezifikation liegt, stellen wir das Gerät ein, aber eben erst dann. Nebenbei bemerkt für Ingenieure mit langem Gedächtnis: Der letzte einstellbare Widerstand (Rheostat) wanderte vor etwa 15 bis 20 Jahren ins Museum. Seither arbeiten Messgerätehersteller stattdessen mit D/A-Wandlern. Das erlaubt (zusammen mit weiteren Geräten der gleichen Genauigkeit) eine automatische Einstellung. Solche Einstellungen erfolgen für die bestmögliche Leistung oftmals in Schritten. Die Einstellung der Pegelgenauigkeit eines Mikrowellen-Signalgenerators kann in 30 Minuten erledigt sein, bei den meisten Modellen dauert diese Einstellung aber zwei bis vier Stunden. Die meisten Messgerätehersteller (einschließlich Keysight) legen die Details ihrer Einstellprozeduren nicht offen. Wenn Ihr Gerät also eingestellt werden muss, müssen Sie es zum Hersteller zurückschicken. Wird bei der ersten Messung festgestellt, dass Ihr Gerät außerhalb der Spezifikation liegt, schickt Ihnen Keysight ein Messprotokoll, damit Sie abschätzen können, welche Folgen die Ablage des Messgeräts auf Ihre Messungen hatte. Wenn es notwendig war, Ihr Messgerät einzustellen, werden die Messungen wiederholt. Sie erhalten dann einen Prüfbericht des Geräts direkt vor der Wiederauslieferung, damit Sie wissen, dass Ihr Gerät wieder ohne Einschränkungen eingesetzt werden kann.