Hochfrequenzmeßtechnik: Verfahren Und Meßsysteme

ISBN-13: 9783519063605 / Niemiecki / Miękka / 1997 / 270 str.

Manfred Thumm; Werner Wiesbeck; Stefan Kern

Opis

In der heutigen vernetzten und von vielfaltigen Kommunikationsmoglichkeiten geprag ten Welt kommt der Hochfrequenztechnik steigende Bedeutung zu. Neben der System und Schaltungstechnik ist die Kenntnis der Messverfahren und Messsysteme der Hoch frequenztechnik wesentlich, beispielsweise bei Aufbau und Einsatz von Mobilfunk netzen oder Datennetzen. Weitere wichtige Anwendungsgebiete der Hochfrequenz technik, und damit auch der zugehorigen Messtechnik, sind Sensorik, Fernerkundung, Radar und industrielle Heiztechnik. Die Messtechnik wird hier fur Komponenten, Bau gruppen, Subsysteme und Systeme im Frequenzbereich von einigen MHz bis in den Millimeterwellenbereich eingesetzt. Der Schwerpunkt liegt dabei im Mikrowellen bereich, da traditionelle Arbeitsbereiche der Hochfrequenztechnik wie die auf eine Vielzahl diskreter Filter aufbauende Sende- und Empfangstechnik durch die zu nehmende Integration solcher Funktionen in einzelnen integrierten Schaltungen an Bedeutung verlieren. Unter Hochfrequenztechnik soll daher im Rahmen dieses Buches in erster Linie die Mikrowellentechnik, die sich eher mit der Beschreibung verteilter Elemente und verkoppelter Systeme durch Leistungswellen und Streuparameter als mit der Spannungs-Strom-Beschreibung diskreter Elemente befasst, verstanden werden. Der vorliegende Text entspricht in weiten Teilen der Vorlesung "Mikrowellenmess technik" am Institut fur Hochstfrequenztechnik und Elektronik der Universitat Karls ruhe. Er wendet sich an Studenten der Elektrotechnik und Physik im Hauptdiplom, aber auch an Ingenieure und Wissenschaftler in der Praxis. Der Leser sollte grund legende Kenntnisse uber die Hochfrequenztechnik besitzen, die benotigten mathemati schen Grundlagen gehen jedoch nicht uber einfache Zusammenhange der Fourier transformation hinaus. Im Rahmen dieses Buches ist besonders darauf Wert gelegt, diejenigen Messsysteme und -methoden vorzustellen, denen man auch in der aktuellen Praxis begegnet."

Spis treści

1 Einleitung.- 1.1 Frequenz- und Leistungsbereiche.- 1.2 Besonderheiten im Hochfrequenzbereich.- 1.3 Automatisierung.- 1.4 Zusammenstellung der Meßgrößen.- 2 Meßgeneratoren.- 2.1 Klassifizierung.- 2.1.1 Signalgenerator.- 2.1.2 Wobbelgenerator.- 2.1.3 Schritt- oder Synthesegenerator.- 2.1.4 Wobbelbarer Synthesegenerator.- 2.2 Baugruppen von Meßgeneratoren.- 2.2.1 Oszillatoren.- 2.2.2 Frequenzvervielfacher mit Speichervaraktoren.- 2.2.3 Frequenzumsetzung mit Diodenmischern.- 2.2.4 Amplitudenregelschleife.- 2.2.5 Phasenregelschleife.- 2.3 Typische Blockschaltbilder.- 2.3.1 Wobbelgenerator.- 2.3.2 Synthesegeneratoren.- 2.3.3 Vergleich Wobbler/Synthesizer.- 2.4 Ausgangsspektren der Generatoren.- 2.4.1 Harmonische, Subharmonische und nichtharmonische Nebenlinien.- 2.4.2 Phasenrauschen.- 2.4.3 Spektrum im Wobbelbetrieb.- 3 Leistungsmessung.- 3.1 Prinzipielle Fehlerquellen.- 3.1.1 Beeinflussung der Quelle — das Rieke-Diagramm.- 3.1.2 Fehlanpassung.- 3.1.3 Kalibration.- 3.1.4 Rauschkenngrößen für Leistungsmesser.- 3.2 Meßwandler.- 3.2.1 Überblick: Meßsensoren.- 3.2.2 Kalorimeter.- 3.2.3 Bolometer.- 3.2.4 Thermoelement-Leistungsmessung.- 3.2.5 Supraleitender Quanteninterferenz Detektor (SQUID).- 3.2.6 Leistungsmessung mit Schottky-Dioden.- 3.2.7 Pyroelektrischer Detektor.- 3.2.8 Golay-Zelle.- 3.3 Leistungsmessung an modulierten und gepulsten Hochfrequenz-Signalen.- 3.3.1 Leistungsdefinitionen.- 3.3.2 Hüllkurvenleistung.- 3.3.3 Impulsleistung.- 3.3.4 Notch-Wattmeter.- 4 Frequenzmessung.- 4.1 Mechanische Frequenz- und Wellenlängenmesser.- 4.1.1 Stehwellenmeßleitung.- 4.1.2 Resonanzfrequenzmesser.- 4.1.3 Michelson-Interferometer.- 4.2 Elektronische Frequenzzähler.- 4.2.1 Digitale Frequenzzähler.- 4.2.2 Mikrowellenfrequenzzähler.- 5 Hochfrequenz-Spektralanalysatoren.- 5.1 Theoretische Grundlagen der Spektralanalyse.- 5.1.1 Minimale dynamische Auflösungsbandbreite.- 5.1.2 Signalauflösung des Spektralanalysators.- 5.1.3 Gepulste Signale.- 5.2 Aufbau von Spektralanalysatoren.- 5.2.1 Grundwellenmischer.- 5.2.2 Frequenzerweiterung durch Oberwellenmischung.- 5.2.3 Eigenschaften beider Konzepte.- 5.3 Praktische Grenzen der Meßdynamik.- 5.3.1 Eigenrauschen.- 5.3.2 1 dB-Kompressionspunkt.- 5.3.3 Intermodulationsverzerrungen.- 5.4 Messungen mit dem Spektralanalysator.- 5.4.1 Amplitudenmodulation (AM).- 5.4.2 Frequenz- und Phasenmodulation (FM, PM).- 5.4.3 Skalare Netzwerkanalyse (stimulus response).- 6 Hochfrequenzmessungen in der Modulationsebene.- 6.1 Der Frequenz- und Zeitintervall-Analysator (HP).- 6.1.1 Idee und Funktionsweise des totzeitfreien Frequenzzählers.- 6.1.2 Eigenschaften und Spezifikationen.- 6.2 Messungen mittels Frequenz- und Zeitintervall-Analysator.- 6.2.1 Frequenz- und Phasendynamik von Oszillatoren.- 6.2.2 Charakterisierung von Phasenregelschleifen.- 6.2.3 Jitter-Messung in digitalen Kommunikationssystemen.- 6.2.4 Messung von Radarsignalen.- 7 Phasenrauschmeßtechnik.- 7.1 Definition und Ursachen des Phasenrauschens.- 7.1.1 Instabilitäten und Rauscherscheinungen.- 7.1.2 Ursachen des Phasenrauschens.- 7.2 Quantitative Beschreibung des Phasenrauschens.- 7.2.1 Spektrale Leistungsdichte der Phasenschwankungen S?(?f).- 7.2.2 Einseitenband-Phasenrauschen £(?f).- 7.2.3 Spektrale Leistungsdichte der Frequenzschwankungen S?f(?f).- 7.2.4 Spektrale Dichte relativer Frequenzschwankungen Sy(?f).- 7.2.5 Rest-FM (Residual FM).- 7.2.6 Frequenzstabilität im Zeitbereich: Allan-Varianz ?y2(?).- 7.2.7 Phasenrauschen und Rauschtemperatur.- 7.3 Phasenrauschmessungen im Hochfrequenzbereich.- 7.3.1 Direkte Meßmethode (Spektralanalysator).- 7.3.2 Phasendetektor-Methode.- 7.3.3 Frequenzdiskriminator-Methode.- 7.3.4 Vergleich der vorgestellten Meßmethoden.- 7.4 Gepulste Phasenrauschmessungen.- 7.5 AM-Rauschmessungen.- 8 Lineare Netzwerkanalyse.- 8.1 Grundlagen und Meßprinzip.- 8.1.1 Struktur eines Analysators.- 8.1.2 Signalquelle.- 8.1.3 Signaltrennung.- 8.1.4 Empfangstechniken.- 8.1.5 Verarbeitung der Meßwerte und Ausgabeformate.- 8.2 Vektorieller Netzwerkanalysator (VNWA).- 8.2.1 Aufbau eines VNWAs.- 8.2.2 Frequenzbereichsreflektometrie (FDR).- 8.2.3 Fehlerkorrektur.- 8.3 Skalarer Netzwerkanalysator (SNWA).- 8.3.1 Aufbau eines SNWAs.- 8.3.2 Übertragungsmessung.- 8.3.3 Reflexionsmessung.- 9 Antennenmeßtechnik.- 9.1 Kenngrößen einer Antenne.- 9.2 Antennenmeßstrecke und Meßumgebung.- 9.2.1 Die Antennenmeßstrecke.- 9.2.2 Freiraummessungen.- 9.2.3 Der Absorbermeßraum.- 9.2.4 Die kompakte Fernfeld-Meßstrecke.- 9.2.5 Die Nahfeld-Meßstrecke.- 9.3 Messung der Kenngrößen einer Antenne.- 9.3.1 Gewinnmessung.- 9.3.2 Messung der Richtcharakteristik.- 10 Anhang.- 10.1 Signalflußdiagramme.- 10.2 Richtschärfe eines Kopplers bei reflektierender Last.- 10.3 Umrechnung Reflexion — Stehwellenverhältnis.- 10.4 Wichtige Hersteller von Meßgeräten im Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich (Stand 1997).- Literatur.- Bildnachweis.- Sachwortverzeichnis.