Kalibrierverfahren

1 Einleitung
[Bearbeiten]

Bei Messungen mit Netzwerkanalysatoren (NWA) treten systematische Messfehler auf. Diese sind unter anderem bedingt durch Ungenauigkeiten der Bauteile des NWA und durch die Verbindungen vom NWA zum Messobjekt (Leitungen, Stecker, etc.).
Zur Korrektur dieser Messfehler muss ein NWA vor einer Messung kalibriert werden. Im Rahmen der Kalibrierung werden die Messfehler modellhaft vom Messobjekt getrennt, d.h. der zu messende Aufbau wird in drei Mehrtore aufgeteilt:

  • ein Eingangs-Fehlerviertor $$ K $$ (lĂ€sst sich in ein Zweitor $$ R $$ ĂŒberfĂŒhren)
  • das Messobjekt als Zweitor $$ S $$
  • ein Ausgangs-Fehlerzweitor $$ T $$

Somit entsteht eine Reihenschaltung aus drei Zweitoren.

 

Reihenschaltung der Zweitore

Abb. 1: Zweitordarstellung fĂŒr die Messung mit einem Netzwerkanalysator

Die GrĂ¶ĂŸen $$ m_\mathrm{f} $$, $$ m_\mathrm{r} $$ und $$ m_\mathrm{t} $$ entsprechen den tatsĂ€chlich gemessenen Werten, die proportional zu den zulaufenden, reflektierten und transmittierten Wellen sind. Sie enthalten somit auch die Messfehler, die mittels der Fehlerzweitore beschrieben werden.

 

Anhand dieses Bildes ist zu erkennen, dass das Eingangs-Fehlerzweitor die Fehler der Referenz-Messung und der Messung der reflektierten Welle widerspiegelt. Die Fehler, die bei der Messung der transmittierten Wellen auftreten, werden durch das Ausgangs-Fehlerzweitor reprÀsentiert.

 

Durch geeignete Verfahren lassen sich vor der Messung die Matrix-Elemente von $$ R $$ und $$ T $$ bestimmen, wodurch eine fehlerbereinigte Messung ermöglicht wird. Dazu werden verschiedene Kalibrierstandards, deren Eigenschaften genau bekannt sein mĂŒssen, an die Messstellen des NWAs angeschlossen:

  • angepasster Abschlusswiderstand
  • Kurzschluss
  • Leerlauf
  • Durchverbindung

Mit den dabei gemessenen Werten lassen sich die Matrix-Elemente bestimmen.

2 Systemfehlerkorrektur mittels 3-Term-Verfahren [Bearbeiten]

Das 3-Term-Verfahren dient dazu einen NWA mit 2 Messstellen, also ein Reflektometer, zu kalibrieren. DafĂŒr betrachten wir zuerst nur eine einfache Reflektometerschaltung, bei der das Messobjekt reflexionsfrei abgeschlossen ist (Abb. 2).

Fehlertor 3-Term-Verfahren

Abb. 2: Fehlertor beim 3-Term-Verfahren

Somit entfĂ€llt das Fehlerzweitor $$ T $$ und alle fĂŒr diese Messung relevanten Fehler sind im Fehlerzweitor $$ R $$ zusammengefasst. Das von der Quelle ausgesendete Messsignal wird durch die MessgrĂ¶ĂŸe $$ m_\mathrm{f} $$ und das von der Kettenschaltung aus Fehlerzweitor $$ R $$ und Messobjekt $$ S $$ reflektierte Signal durch die MessgrĂ¶ĂŸe $$ m_\mathrm{r} $$ reprĂ€sentiert. Um nun die Reflexion des Messobjektes von Systemfehlern befreit zu bestimmen, muss das Fehlerzweitor bekannt sein, sodass von den gemessenen GrĂ¶ĂŸen $$ m_\mathrm{f} $$ und $$ m_\mathrm{r} $$ auf die gesuchte Reflexion $$ \Gamma_\mathrm{x} $$ des Messobjektes geschlossen werden kann. Zur Bestimmung der gemessenen Reflexion $$ \mu_\mathrm{x} = \frac{m_\mathrm{r}}{m_\mathrm{f}} $$ am Eingang der Kettenschaltung ist der entsprechende Signalflussgraph (SFG) in Abbildung 2 zu betrachten.

SFG 3-Term-Verfahren

Abb. 3: Signalflussgraph beim 3-Term-Verfahren

Zur Herleitung einer analytischen Beschreibung der gemessenen Reflexion $$ \mu_\mathrm{x} $$ in AbhĂ€ngigkeit der Matrixelemente des Fehlerzweitores $$ R $$ und der gesuchten Reflexion $$ \Gamma_\mathrm{x} $$ gibt es mehrere AnsĂ€tze. Beispielsweise kann der Zusammenhang direkt aus dem SFG abgeleitet werden. HierfĂŒr muss zunĂ€chst die Schleife in dem SFG aufgelöst werden. Im Zuge dessen, soll anfags ein vereinfachter SFG, in Abbildung 4 zu sehen, betrachtet werden.

Skizze_SFG_1

Abb. 4: Schleife in einem Signalflussgraph

Es gilt fĂŒr den Knotenpunkt $$ a_\mathrm{n} $$:

$$ a_\mathrm{n} = \gamma b_\mathrm{n-1} + \beta b_\mathrm{n} = \gamma b_\mathrm{n-1} + \beta \alpha a_\mathrm{n} $$ (1)

$$ a_\mathrm{n} = \gamma b_\mathrm{n-1} \left(\frac{1}{1-\beta\alpha}\right) $$ (2)

So kann die Schleife folgendermaßen ersetzt werden (Abb. 5):

Skizze_SFG_2

Abb. 5: Aufgelöste Schleife in einem Signalflussgraph

FĂŒr die zuvor betrachtete Kettenschaltung ergibt sich somit der in Abbildung 6a dargestellte SFG:

Skizze_3-Term-Verfahren_2.2

Abb. 6: Signalflussgraph beim 3-Term-Verfahren ohne Schleife

Aus dem weiter umgeformten SFG (Abb. 6b), kann die gemessene Reflexion einfach abgelesen werden:

$$ \mu_\mathrm{x} = \frac{m_\mathrm{r}}{m_\mathrm{f}} = R_\mathrm{11} + \frac{R_\mathrm{12} R_\mathrm{21} \cdot \Gamma_\mathrm{x}}{1 - R_\mathrm{22} \cdot \Gamma_\mathrm{x}} $$ (3)

Alternativ kann dieser Zusammenhang natĂŒrlich auch ĂŒber die Streumatrix des Fehlerzweitors $$ R $$ hergeleitet werden, indem die Eingangs- und AusgangswellengrĂ¶ĂŸen entsprechend gewĂ€hlt werden ( $$ a_1=m_\mathrm{f};~b_1=m_\mathrm{r};~a_2=\Gamma_\mathrm{x}b_2 $$ ). Dies kann je nach Umfang und KomplexitĂ€t des SFG jedoch mehr Zeit in Anspruch nehmen.

Da die beiden Elemente $$ R_\mathrm{12} $$ und $$ R_\mathrm{21} $$ nur gemeinsam als Produkt auftauchen, können diese zu einem Fehlerterm zusammengefasst werden. Somit ergeben sich insgesamt drei Fehlerterme, welche im Rahmen der Kalibrierung bestimmt werden mĂŒssen:

$$ R_\mathrm{11} = ~? $$

$$ R_\mathrm{22} = ~? $$

$$ R_\mathrm{12} R_\mathrm{21} = ~? $$

Die Anzahl der unbekannten Fehlerterme sind ĂŒbrigens Namensgeber dieses 3-Term-Verfahrens und folgender Kalibrierverfahren. Um diese drei Fehlerterme zu bestimmen sind drei Gleichungen nötig, welche man jeweils durch Messungen von insgesamt drei vollstĂ€ndig bekannten Kalibrierstandards erhĂ€lt (Abb. 7).

Kalibrierstandards 3-Term-Verfahren

Abb. 7: Drei vollstÀndig bekannte Kalibrierstandards

Dazu wird als Messobjekt zunĂ€chst ein Abschlusswiderstand vom Wert $$ Z_\mathrm{0} $$ verwendet, sodass das Fehlerzweitor $$ R $$ vollstĂ€ndig reflexionsfrei abgeschlossen ist. Durch diesen ideal angepassten Abschluss, welcher auch als Match (M) oder Load (L) bezeichnet wird, ergibt sich fĂŒr den Reflexionsfaktor des Messobjektes $$ \Gamma_\mathrm{M} = 0 $$. Der erste Fehlerterm kann somit direkt bestimmt werden:

$$ \mu_\mathrm{M} = \frac{m_\mathrm{r,M}}{m_\mathrm{f,M}} = R_\mathrm{11} + \frac{R_\mathrm{12} R_\mathrm{21} \cdot 0}{1 - R_\mathrm{22} \cdot 0} = R_\mathrm{11} $$ (4)

Als zweiter Kalibrierstandard wird das Messobjekt durch einen Kurzschluss (Short, S) am Ausgang des Fehlerzweitors $$ R $$ ersetzt. Der Reflexionsfaktor ergibt sich so zu $$ \Gamma_\mathrm{S} = -1 $$, was in (3) eingesetzt die zweite Gleichung fĂŒr die Bestimmung der Fehlerterme ergibt:

$$ \mu_\mathrm{S} = \frac{m_\mathrm{r,S}}{m_\mathrm{f,S}} = R_\mathrm{11} - \frac{R_\mathrm{12} R_\mathrm{21}}{1 - R_\mathrm{22}} $$ (5)

Zuletzt wird als dritter Kalibrierstandard ein Leerlauf (Open, $$ \Gamma_\mathrm{O} = 1 $$) am Ausgang des Fehlerzweitors $$ R $$ verwendet, was zu der Gleichung

$$ \mu_\mathrm{O} = \frac{m_\mathrm{r,O}}{m_\mathrm{f,O}} = R_\mathrm{11} + \frac{R_\mathrm{12} R_\mathrm{21}}{1 - R_\mathrm{22}} $$ (6)

fĂŒhrt. Zusammen mit Gleichung (5) und dem zuvor in Gleichung (4) bestimmten Fehlerterm $$ R_\mathrm{11} $$ lassen sich somit die verbleibenden Fehlerterme $$ R_\mathrm{22} $$ und $$ R_\mathrm{12} R_\mathrm{21} $$ bestimmen:

$$ R_\mathrm{11} = \mu_\mathrm{M} $$ (7)

$$ R_\mathrm{22} = \frac{2 R_\mathrm{11} - \mu_\mathrm{S} - \mu_\mathrm{O}}{\mu_\mathrm{S} - \mu_\mathrm{O}} $$ (8)

$$ R_\mathrm{12} R_\mathrm{21} = (\mu_\mathrm{O} - R_\mathrm{11}) \cdot (1 - R_\mathrm{22}) $$ (9)

Sind nach erfolgreicher Kalibrierung alle Fehlerterme nach oben genannten Gleichungen bestimmt, lÀsst sich der fehlerkorrigierte Reflexionsfaktor $$ \Gamma_\mathrm{x} $$ beliebiger Messobjekte durch Umstellen von Gleichung (3) bestimmen:

$$ \Gamma_\mathrm{x} = \frac{\mu_\mathrm{x} - R_\mathrm{11}}{R_\mathrm{12} \cdot \mu_\mathrm{x} + R_\mathrm{12} R_\mathrm{21} - R_\mathrm{11} R_\mathrm{22}} $$ (10)

3 Systemfehlerkorrektur mittels 5-Term-Verfahren [Bearbeiten]

Das 5-Term-Verfahren wird genutzt, um Netzwerkanalysatoren mit 3 Messstellen zu kalibrieren. Wie in Abbildung 8 zu sehen, wird diese weitere Messstelle dazu genutzt um ergÀnzend zur Reflexion zusÀtzlich die Transmission eines Messobjektes bestimmen zu können.

Fehlertore 5-Term-Verfahren

Abb. 8: Fehlertore beim 5-Term-Verfahren

Dadurch erhĂ€lt man auch ein zweites Fehlerzweitor $$ T $$ zwischen dem Ausgang des Messobjektes und der dritten Messstelle. Um die Fehlerterme dieses Fehlerzweitors zu bestimmen, wird ein weiterer Kalibrierstandard benötigt, welcher jedoch im Unterschied zu den zuvor im 3-Term-Verfahren verwendeten Standards eine bekannte Transmission aufweisen muss, um so die Verbindung zwischen dem Messsignal und der weiteren Messstelle herzustellen. FĂŒr diesen Kalibrierstandard wird demnach eine ideale, angepasste Durchverbindung verwendet, welche auch als Through- (T-) Standard bezeichnet wird. Setzt man also eine Durchverbindung an der Stelle des Messobjektes ein und misst sowohl die Reflexion als auch die Transmission, ergeben sich im Hinblick auf den Signalflussgraphen (Abb. 9) zwei weitere Gleichungen:

Skizze_5-Term-Verfahren_2.1

Abb. 9: Signalflussgraph beim 5-Term-Verfahren bei einer Durchverbindung anstatt dem Messobjekt

$$ \mu_\mathrm{T,refl.} = \frac{m_\mathrm{r}}{m_\mathrm{f}} = R_\mathrm{11} + \frac{R_\mathrm{12} R_\mathrm{21} \cdot T_\mathrm{11}}{1 - R_\mathrm{22} \cdot T_\mathrm{11}} $$ (11)

$$ \mu_\mathrm{T,trans.} = \frac{m_\mathrm{t}}{m_\mathrm{f}} = \frac{R_\mathrm{21} \cdot T_\mathrm{21}}{1 - R_\mathrm{22} \cdot T_\mathrm{11}} $$ (12)

Es ist dabei zu beachten, dass fĂŒr eine Systemfehlerkorrektur nach dem 5-Term-Verfahren, fĂŒr die in das Fehlertor $$ T $$ einfallende Welle $$ a_\mathrm{t} = 0 $$ angenommen wird.

Zusammen mit den zuvor im 3-Term-Verfahren ermittelten Fehlertermen $$ R_\mathrm{11} $$, $$ R_\mathrm{22} $$ sowie $$ R_\mathrm{12} R_\mathrm{21} $$ enthalten die Gleichungen (11) und (12) zwei weitere zu bestimmende Fehlerterme $$ T_\mathrm{11} $$ sowie $$ R_\mathrm{21} T_\mathrm{21} $$.

Durch Umstellen der Gleichung (11) nach $$ T_\mathrm{11} $$ und anschließendem Einsetzen in Gleichung (12) und Auflösen nach $$ R_\mathrm{21} T_\mathrm{21} $$ ergeben sich die beiden noch verbleibenden Fehlerterme zu:

$$ T_\mathrm{11} = \left( \frac{R_\mathrm{12}R_\mathrm{21}}{\mu_\mathrm{T,refl.}-R_\mathrm{11}} + R_\mathrm{22} \right)^{-1} $$ (13)

$$ R_\mathrm{21}T_\mathrm{21} = (1-R_\mathrm{22}T_\mathrm{11}) \cdot \mu_\mathrm{T,trans.} $$ (14)

Sind im Rahmen der Kalibrierung nun alle 5 Fehlerterme bestimmt, muss nach der zunĂ€chst fehlerbehafteten Messung eines unbekannten Zweitors mit Hilfe der Fehlerterme auf die korrigierten Streuparameter dieses Zweitors zurĂŒckgerechnet werden. Dazu wird zunĂ€chst die Kettenschaltung aus Abbildung 8, bestehend aus Fehlerzweitor $$ R $$, Messobjekt $$ S $$ sowie Fehlerzweitor $$ T $$ , zu einem Gesamtzweitor $$ W $$ zusammengefasst, da sich auf dieses Zweitor die in der Messung bestimmten GrĂ¶ĂŸen $$ m_\mathrm{f} $$, $$ m_\mathrm{r} $$ sowie $$ m_\mathrm{t} $$ beziehen. Damit ergeben sich mit den gemessenen GrĂ¶ĂŸen die ZusammenhĂ€nge:

$$ W_\mathrm{11} = \frac{m_\mathrm{r}}{m_\mathrm{f}} $$ (15)

und

$$ W_\mathrm{21} = \frac{m_\mathrm{t}}{m_\mathrm{f}} $$ (16)

Da in dieser Konfiguration das Messobjekt nur an Tor 1 angeregt wird, ist es nur möglich die Reflexion am Eingangstor und die Transmission in VorwĂ€rtsrichtung zu bestimmen. Um das Messobjekt vollstĂ€ndig zu charakterisieren und damit alle S-Parameter zu bestimmen, muss eine zweite Messung durchgefĂŒhrt werden, bei der Eingang und Ausgang des Messobjektes vertauscht werden. Somit können auch die Reflexion am anderen Tor und die Transmission in umgekehrter Richtung bestimmt werden. Das fĂŒr diesen Fall resultierende Gesamtzweitor, bestehend aus Fehlerzweitor $$ R $$, Messobjekt $$ S $$ fĂŒr den Fall, dass Eingang und Ausgang vertauscht sind sowie Fehlerzweitor $$ T $$, wird mit $$ X $$ bezeichnet. Somit gilt:

$$ X_\mathrm{11} = \frac{m_\mathrm{r}}{m_\mathrm{f}} $$ (17)

$$ X_\mathrm{21} = \frac{m_\mathrm{t}}{m_\mathrm{f}} $$ (18)

Betrachtet man fĂŒr die Zweitore $$ W $$ und $$ X $$ jeweils die Transmissionsmatrizen, ist ersichtlich, dass jeweils der zweite Spaltenvektor durch die Messung bekannt ist:

$$ \begin{pmatrix} \frac{-\Delta W}{W_\mathrm{21}} & \frac{W_\mathrm{11}}{W_\mathrm{21}} \\ -\frac{W_\mathrm{22}}{W_\mathrm{21}} & \frac{1}{W_\mathrm{21}} \end{pmatrix} $$ (19)
und
$$ \begin{pmatrix} \frac{-\Delta X}{X_\mathrm{21}} & \frac{X_\mathrm{11}}{X_\mathrm{21}} \\ -\frac{X_\mathrm{22}}{X_\mathrm{21}} & \frac{1}{X_\mathrm{21}} \end{pmatrix} $$ (20)

Stellt man nun die Gleichungen gemĂ€ĂŸ der Kettenschaltung in Abbildung 8 in Transmissionsmatrixdarstellung auf und betrachtet davon ebenfalls nur die rechten Spatenvektoren, erhĂ€lt man folgende Gleichungen:

$$ \begin{bmatrix} \frac{W_\mathrm{11}}{W_\mathrm{21}} \\ \frac{1}{W_\mathrm{21}} \end{bmatrix} = \frac{1}{R_\mathrm{21} T_\mathrm{21}} \begin{bmatrix} -\Delta R & R_\mathrm{11} \\ -R_\mathrm{22} & 1 \end{bmatrix} \cdot \frac{1}{S_\mathrm{21}} \begin{bmatrix} -\Delta S & S_\mathrm{11} \\ -S_\mathrm{22} & 1 \end{bmatrix} \cdot \begin{bmatrix} T_\mathrm{11} \\ 1 \end{bmatrix} $$ (21)

$$ \begin{bmatrix} \frac{X_\mathrm{11}}{X_\mathrm{21}} \\ \frac{1}{X_\mathrm{21}} \end{bmatrix} = \frac{1}{R_\mathrm{21} T_\mathrm{21}} \begin{bmatrix} -\Delta R & R_\mathrm{11} \\ -R_\mathrm{22} & 1 \end{bmatrix} \cdot \frac{1}{S_\mathrm{21}} \begin{bmatrix} -\Delta S & S_\mathrm{22} \\ -S_\mathrm{11} & 1 \end{bmatrix} \cdot \begin{bmatrix} T_\mathrm{11} \\ 1 \end{bmatrix} $$ (22)

Dabei ist zu beachten, dass in Gleichung (22) $$ S_\mathrm{11} $$ und $$ S_\mathrm{22} $$ vertauscht sind, was mit der Vertauschung von Eingang und Ausgang des Messobjektes bei der zweiten Messung zu begrĂŒnden ist. Durch die Messungen des unbekannten Messobjektes sind die linken Seiten der Gleichungen vollstĂ€ndig bekannt. Ebenso sind auf der rechten Seite alle Terme links und rechts der Transmissionsmatrixdarstellung von $$ S $$ bekannt. Multipliziert man nun die Gleichungen (21) und (22) jeweils von links mit dem Ausdruck

$$ \left( \frac{1}{R_\mathrm{21} T_\mathrm{21}} \begin{bmatrix} -\Delta R & R_\mathrm{11} \\ -R_\mathrm{22} & 1 \end{bmatrix} \right)^{-1} $$

ergeben sich die beiden stark vereinfachten Gleichungen

$$ \begin{bmatrix} y_\mathrm{1} \\ y_\mathrm{2} \end{bmatrix} = \frac{1}{S_\mathrm{21}} \begin{bmatrix} -\Delta S & S_\mathrm{11} \\ -S_\mathrm{22} & 1 \end{bmatrix} \cdot \begin{bmatrix} T_\mathrm{11} \\ 1 \end{bmatrix} $$ (23)

und

$$ \begin{bmatrix} y_\mathrm{3} \\ y_\mathrm{4} \end{bmatrix} = \frac{1}{S_\mathrm{21}} \begin{bmatrix} -\Delta S & S_\mathrm{22} \\ -S_\mathrm{11} & 1 \end{bmatrix} \cdot \begin{bmatrix} T_\mathrm{11} \\ 1 \end{bmatrix} $$ (24)

mit

$$ \frac{1}{R_\mathrm{21} T_\mathrm{21}} \begin{bmatrix} -\Delta R & R_\mathrm{11} \\ -R_\mathrm{22} & 1 \end{bmatrix} \cdot \begin{bmatrix} \frac{W_\mathrm{11}}{W_\mathrm{21}} \\ \frac{1}{W_\mathrm{21}} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} y_\mathrm{1} \\ y_\mathrm{2} \end{bmatrix} $$ (25)

$$ \frac{1}{R_\mathrm{21} T_\mathrm{21}} \begin{bmatrix} -\Delta R & R_\mathrm{11} \\ -R_\mathrm{22} & 1 \end{bmatrix} \cdot \begin{bmatrix} \frac{X_\mathrm{11}}{X_\mathrm{21}} \\ \frac{1}{X_\mathrm{21}} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} y_\mathrm{3} \\ y_\mathrm{4} \end{bmatrix} $$ (26)

Demzufolge sind $$ y_\mathrm{1} $$, $$ y_\mathrm{2} $$, $$ y_\mathrm{3} $$ und $$ y_\mathrm{4} $$ vollstÀndig aus den Messungen sowie der Kalibrierung bekannt. Die vier Gleichungen, welche in den Gleichungen (23) und (24) enthalten sind, bilden ein Gleichungssystem, mit dem $$ S_\mathrm{11} $$, $$ S_\mathrm{12} $$, $$ S_\mathrm{21} $$ sowie $$ S_\mathrm{22} $$ bestimmt werden können:

$$ S_\mathrm{11} = \frac{y_\mathrm{1} y_\mathrm{4} - T_\mathrm{11}}{y_\mathrm{2} y_\mathrm{4} - T_\mathrm{11}^2} $$ (27)

$$ S_\mathrm{22} = \frac{y_\mathrm{2} y_\mathrm{3} - T_\mathrm{11}}{y_\mathrm{2} y_\mathrm{4} - T_\mathrm{11}^2} $$ (28)

$$ S_\mathrm{12} = \frac{1 - T_\mathrm{11} S_\mathrm{11}}{y_\mathrm{4}} $$ (29)

$$ S_\mathrm{21} = \frac{1 - T_\mathrm{11} S_\mathrm{22}}{y_\mathrm{2}} $$ (30)

Damit ist das zu vermessende Zweitor $$ S $$ vollstĂ€ndig bekannt. Die gesamte Rechnung gilt jedoch nur fĂŒr einen einzelnen Frequenzpunkt, daher muss die komplette Kalibrierung sowie Rechnung bis hin zu den korrigierten S-Parametern fĂŒr jeden Frequenzpunkt einzeln durchgefĂŒhrt werden, was in einem Netzwerkanalysator im Rampenbetrieb automatisch erfolgt.

4 Systemfehlerkorrektur mittels 10-Term-Verfahren [Bearbeiten]

Da beim 5-Term-Verfahren das Messobjekt von der Messung in VorwĂ€rtsrichtung fĂŒr die in RĂŒckwĂ€rtsrichtung manuell gedreht werden muss, erweist sich dieses Vorgehen hĂ€ufig als unpraktisch und fehleranfĂ€llig, denn die Verbindungen zum Messobjekt mĂŒssen manuell gelöst und wieder verbunden werden und sind unter UmstĂ€nden nicht exakt reproduzierbar. Daher ist es weitaus besser, durch einen hochfrequenztauglichen Umschalter im MessgerĂ€t das Messobjekt automatisch an beiden Toren hintereinander anzuregen, sodass ein manuelles Lösen der Verbindungen und Umdrehen des Messobjektes vermieden wird (Abb. 10). Bei diesem Messverfahren wird zur Kalibrierung im Prinzip nur das 5-Term-Verfahren zweimal hintereinander, einmal fĂŒr jede Schalterstellung, angewendet, was zu insgesamt 10 Fehlertermen fĂŒhrt. Dabei ĂŒbernimmt in der zweiten Schalterstellung einfach das Fehlerzweitor $$ T $$ die Rolle des Fehlerzweitors $$ R $$ in Schalterstellung 1 und umgekehrt. Die gesamte Rechnung bleibt identisch wie beim 5-Term-Verfahren und dient daher ebenfalls zur Kalibrierung eines NWAs mit 3 Messstellen.

 Blockschaltbild fĂŒr das 10-Term-Verfahren

Abb. 10: Netzwerkanalysator mit 3 Messstellen und Schalter

NichtidealitĂ€ten des Schalters, wie beispielsweise eine DĂ€mpfung, werden dabei durch die Kalibrierung kompensiert. Dennoch ergeben sich gewisse Anforderungen an den Schalter. Dieser muss zum einen eine sehr gute Reproduzierbarkeit der einzelnen Schalterstellungen aufweisen und es dĂŒrfen keine Übersprecher in Schalterstellung 1 auf Schalterstellung 2 und umgekehrt stattfinden, da bei der Kalibrierung fĂŒr die am nicht angeregten Tor einfallende Welle $$ a_\mathrm{t} = 0 $$ angenommen wurde (Abb. 9). Übersprecher des Schalters im Rahmen einer Kalibrierung zu berĂŒcksichtigen ist nur bei einem Netzwerkanalysator mit 4 Messstellen möglich. Dieser hat eine weitere Messstelle fĂŒr hinlaufende Wellen an Tor 2, wodurch andere Kalibrierverfahren möglich sind.

5 Literaturverzeichnis
[Bearbeiten]

  1. B. Schiek, "Grundlagen der Hochfrequenztechnik", Springer, 1999