Leistungsmessung an breitbandigen Quellen DC bis 110 GHz

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Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG

Messen mit thermoelektrischen Leistungssensoren

Die werkseitige Kalibrierung bei über 226 Frequenzen ist lückenlos auf die nationalen Metrologie-Institute der Bundesrepublik Deutschland und der USA, die Physikalisch-Technische Bundesanstalt bzw. das National Institute of Standards and Technology rückführbar. Rohde & Schwarz nutzt dabei ein Mikro-Kalorimeter der PTB, welches das komplette W-Band abdeckt. Die Kalibrierunsicherheiten des Leistungssensors betragen 6,0 bis 7,0 % (berechnet nach GUM mit einem Erweiterungsfaktor von zwei).

Großer Wert wurde bei der Entwicklung auf eine hohe Linearität der Leistungsanzeige gelegt, eine Eigenschaft, die für relative Messungen wichtig ist. Das betrifft skalare Dämpfungs-, Verstärkungs- und Reflexionsmessungen ebenso wie indirekte Leistungsmessungen über Richtkoppler, bei denen der Absolutbezug über eine Systemkalibrierung bei einem einzigen Pegel erfolgt.

Mit einer Linearitätsunsicherheit von maximal 0,23% bei 0,01 dB bewegt sich der Leistungssensor auf dem Niveau klassischer Leistungssensoren auf Thermistor-Basis, bei denen DC-Substitution für hohe Linearität sorgt. Aus Gründen der Messgeschwindigkeit wird darauf verzichtet. Stattdessen wird eine numerische Linearitätskorrektur vorgenommen, die auf einer werkseitigen Kalibrierung des thermoelektrischen Messwandlers mit Gleichspannungen basiert und für die Lebenszeit des Sensors unverändert bleiben kann.

Kleine Leistungen für ein stabiles Ergebnis messen

Die erreichbare Messgeschwindigkeit entspricht moderner thermoelektrischer Leistungssensoren, hängt aber im Einzelfall sehr stark von der Applikation ab. Geht es nur darum, innerhalb einer gewissen Zeitspanne möglichst viele Messwerte aufzuzeichnen, so lassen sich im gepufferten Modus mehr als 500 Messungen pro Sekunde durchführen.

Die Aperturzeit für einen Messpunkt lässt sich dabei auf eine halbe Millisekunde genau einstellen, die Messung kann getriggert oder freilaufend erfolgen. Wird auf die Pufferung verzichtet und jeder Messwert einzeln ausgegeben, sind pro Sekunde immerhin noch 350 getriggerte Messergebnisse möglich.

Sollen beim Messen kleiner Leistungen mehrere Messergebnisse gemittelt werden, um ein stabiles Messergebnis zu erhalten, reduziert sich die effektiv erzielbare Messrate. Im Vergleich zu anderen Produkten für das W-Band reichen kleinere Averaging-Faktoren aus, weil das Eigenrauschen deutlich geringer ist. Dadurch ergeben sich Einschwingzeiten, die um mehr als den Faktor zehn kürzer als bisher sind, sodass sich auch Pegel von -10 dBm fast verzögerungsfrei und gleichzeitig ausreichend stabil messen lassen.

* Thomas Reichel ist Produktexperte für hochfrequente Leistungsmessgeräte bei Rohde & Schwarz in München.

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