09.11.2012
Mikrowellen-Prüfspitzen werden allgemein zur Messung hochfrequenter Signale in planaren Schaltungsumgebungen eingesetzt. Die Charakterisierung dieser Prüfspitzen ist insofern eine Herausforderung, als die beiden Ports unterschiedlichen Wellenleiter-
umgebungen angehören – der Eingang ist meist koaxial oder als Rechteckhohlleiter ausgeführt, der Ausgang besteht aus einer Koplanarleitung. Fasst man die Prüfspitze als Adapter zwischen verschiedenen Wellenleiterumgebungen auf, so ist das Charakterisierungsproblem ähnlich dem von Koaxialadaptern mit Anschlüssen unterschiedlicher Größe und/oder gleichen Geschlechts. Zur Charakterisierung solcher Adapter, die als nicht einfügbar (engl. ‚non-insertable‘) bezeichnet werden, wurden über die Jahre diverse Verfahren entwickelt, wobei üblicherweise eine Kalibrierung erster und eine Kalibrierung zweiter Ordnung miteinander kombiniert werden, um die Eigenschaften des Adapters zu extrahieren.
In Zusammenarbeit mit dem National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA wurde ein neues Charakterisierungsverfahren entwickelt, welches auf der Durchführung zweier Kalibrierungen erster Ordnung beruht. Im Falle einer Prüfspitze mit WR-8-Hohlleitereingang wird zunächst eine 2-Tor-Kalibrierung im WR-8-Hohlleiterband durchgeführt. Anschließend werden zwei Mikrowellenprüfspitzen mit WR-8-Hohlleitereingang an beiden Referenzebenen der WR-8-Kalibrierung angeschlossen und zur Messung von koplanaren Kalibrierstandards verwendet, womit eine zweite Kalibrierung erster Ordnung, diesmal allerdings in koplanaren Wellenleitern, etabliert wird. Aus der Kombination der Korrekturterme beider Kalibrierungen erster Ordnung lassen sich die Streuparameter der beiden Prüfspitzen unmittelbar berechnen.
Bild 1 zeigt die mit der herkömmlichen und der neuen Methode extrahierten Streuparameter für die beiden eingesetzten WR8-Mikrowellenprüfspitzen. Bild 2 zeigt am Beispiel des Betrags der Transmission S21 für die Prüfspitze an Port 1 die Unsicherheiten für beide Verfahren. Diese wurden mit Hilfe des am NIST entwickelten Uncertainty Frameworks berechnet, das die Berücksichtigung von Unsicherheiten in allen gängigen Wellenleitertypen gestattet.
Auch wenn bei der gegebenen Anwendung keine nennenswerten Unterschiede zwischen den beiden Verfahren erkennbar sind, so ist bei einer Vielzahl anderer Adaptercharakterisierungsaufgaben eine Verbesserung durch das neue Verfahren zu erwarten, da es lediglich Kalibrierungen erster Ordnung verwendet. Zusätzliche aus der Kalibrierung zweiter Ordnung stammende systematische Fehler werden bei dem neuen Verfahren vermieden.
Bild 1: Mit zwei verschiedenen Verfahren extrahierte Streuparameter von WR8-Mikrowellenprüfspitzen (oberes Teilbild: Prüfspitze an Port 1, unteres Teilbild: Prüfspitze an Port 2). Die durchgezogenen Linien zeigen die Ergebnisse des neuen Verfahrens, die gestrichelten Linien die der konventionellen Methode.
Bild 2: Ergebnisse für den Betrag der Transmission S21 für die Prüfspitze an Port 1 inklusive zugehöriger Konfidenzintervalle.
Ansprechpartner: Uwe Arz
Fachbereich 2.2: Hochfrequenz und Felder