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Mit Reflexionsmessungen lässt sich der Teil des Signals messen, der in das Testobjekt eingespeist wird, dieses aber nicht durchläuft. Stattdessen misst die Reflexionsmessung das Signal, das durch Reflexion zurück zur Quelle geht. Die häufigsten S-Parameter-Reflexionsmessungen sind S11 und S22.

Frequenzmessungen mit Wobbeln sind hilfreich, weil die interne Quelle die vom Anwender vorgegebenen Frequenzen und Schritte automatisch abarbeitet. Es lassen sich unterschiedliche Messungen durchführen: S-Parameter, einzelne Ereignisse und reflektierte Wellen, Betrag, Phase, SWR oder Impedanz. Das Bild 2 zeigt ein Beispiel für eine Übertragungsmessung eines passiven Filters mit gewobbelter Frequenz. Die hier gezeigte S21-Messung verdeutlicht die Bandbreiten-Leistung im Durchlassbereich, die auch als 6-dB-Antwort definiert wird. Die Messergebnisse lassen sich dann mit den Zielen des Filterdesigns oder der Spezifikation des Herstellers vergleichen.

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USB-basierte VNAs und das IoT-Design

Frequenzmessungen mit Wobbeln lassen sich auch dazu verwenden, Reflexionen des Eingangssignals zu messen. Diese Signalanteile werden zwar in das Testobjekt eingespeist, aber nicht übertragen, sondern durch das Testobjekt reflektiert. Mit den Messungen von S11 (oder Sxx) kann der Anwender die Leistung des Testobjektes überprüfen und entsprechend mit der Spezifikation vergleichen. Das Bild 3 zeigt ein Beispiel für eine Gewinn-Dämpfungsmessung einer Antenne. Im Durchlassbereich der Antenne wird der größte Teil des Signals übertragen, so dass die Messung der Reflexion ein Ergebnis von Null liefert.

Die wachsende Verbreitung von IoT-Geräten hat eine Verschiebung zu neuen Workflows und kostengünstiger Messtechnik zur Folge. Entwickler von IoT-Geräten setzen vorqualifizierte Hochfrequenz-Module ein und versuchen HF-Tests möglichst zu vermeiden. In vielen Fällen ist das darauf zurückzuführen, dass die Hochfrequenz-Experten die teuren Highend-Geräte gemeinsam nutzen müssen. Besonders bei Zeitdruck ist das keine ideale Situation. Allerdings lassen sich bei drahtlosen Produkten immer häufiger die von den Modul-Herstellern zur Verfügung gestellten Antennen nicht nutzen.

Diese Produkte erfordern extrem kostengünstige und kompakte Designs und kundenspezifische Bauformen, die ergonomisch auf den menschlichen Körper oder die Arbeitsumgebung angepasst sind. Obwohl die Produkte kostengünstig sind, müssen kundenspezifische Antennen und HF-Komponenten entwickelt und gefertigt werden. Auch die Art und Weise, wie getestet wird, ändert sich. Bisher war es schwierig, Hochfrequenz-Instrumente und Messtechnik mit der geforderten Leistung und den notwendigen Fähigkeiten zu einem erschwinglichen Preis zu finden. Das hat sich seit den USB-basierten VNAs und Spektrumanalysatoren geändert. Sie kosten 40 bis 50 Prozent weniger als konventionelle Benchtop-Instrumente.

Vorteile eines USB-basierten Geräts

USB-basierende Instrumente verzichten oft auf fehleranfällige Teile, wie ein integriertes Display, Bedienknöpfe oder einen internen PC für die Signalverarbeitung. Stattdessen steuert und bedient der Anwender das Instrument über einen PC, Laptop oder Tablet, der eine proprietäre Signalanalyse-Software ausführt. Tektronix hat einem USB-basierten VNA mit 2-Port-, 2-Pfad-S-Parameter entwickelt, dessen Frequenzbereich von 100 kHz bis 6 GHz reicht, der Dynamikbereich >122 dB ist und die Ausgangsleistung von -50 bis 7 dBm reicht. Das Gerät enthält ein eingebautes Bias-Tee, das für beide Ports zugänglich ist und womit sich aktive Bauteile speisen lassen.

Entwickler müssen immer mehr eigene Antennen entwickeln, um standardisierte Wireless-Module nutzen zu können. Jedoch beeinflusst die Leistung der Antenne direkt die Kommunikationsreichweite und Qualität des Funksystems. Deshalb sollte die Antenne mit einem VNA vollständig charakterisiert werden und die maximale Leistung wird übertragen. Impedanz-Fehlanpassungen zwischen der Anschlussleitung und der Antenne verursachen Signalreflexionen am Einspeisepunkt der Antenne. Wegen der Reflexionen erreicht nicht die ganze verfügbare Leistung die Antenne und die Feldstärke des ausgestrahlten Signals wird reduziert.

Die enthaltene Software steuert und kalibriert das Messgerät über die Point-and-Click-Schnittstelle. Für automatische Testsysteme unterstützt die Software auch SCPI-Befehle. Zudem besteht eine Befehls-Kompatibilität mit weitverbreiteten älteren VNAs. Über den Offline-Modus lassen sich Daten analysieren und das Ausgabedatei-Format ist kompatibel zu gängigen EDA-Simulations-Tools.

* Dylan Stinson ist HF-Produktmanager bei Tektronix in Portland, Oregon.

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