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Messungen spektraler Komponenten mit 1 nV Auflösung

19.11.2018

In einer neuen metrologischen Anwendung wurde ein Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS) zur Messung spektraler Komponenten eines Signals eingesetzt. Dabei wurde für die verschiedenen spektralen Komponenten eine Auflösung von 1 nV erreicht.

 

Als neue metrologische Anwendung des JAWS wurde ein Verfahren getestet [1], mit dem die spektralen Komponenten eines Signals besser gemessen werden können. Die Grundidee des Verfahrens ist es, die Fourier-Komponenten eines periodischen Signals zu messen, indem sie mittels eines JAWS-Signals kompensiert, d.h. ausgelöscht werden. Harmonische Verzerrungen der zur Signalerfassung eingesetzten Verstärker/Detektor-Kombination, die üblicherweise die Messunsicherheit begrenzen, sind mit der Auslöschung der dominierenden Komponente (des Grundtons) bereits deutlich reduziert. Sukzessive können dann weitere Oberwellen des Signals kompensiert werden, sodass letztlich das gesamte Signal mit sehr geringer Messunsicherheit erfasst werden kann.

Zur Demonstration dieser Messmethode wurde in einem „Proof-of-Principle“-Experiment auch das zu messende Signal durch ein zweites JAWS-System simuliert. Nach Auslöschung seines Grundtons durch den eigentlichen, für die Auslöschung genutzten Mess-JAWS und zusammen mit einem rauscharmen Vorverstärker wurden damit Messungen der Differenz zwischen Generator- und Mess-JAWS mit nanovolt-Auflösung möglich.

Nach dieser erfolgreichen Bestätigung des Prinzips der Messmethode, die quasi eine breitbandige Nullmethode mit Quantengenauigkeit darstellt, soll im nächsten Schritt eine detaillierte Analyse der Unsicherheitsbeiträge durchgeführt werden.

 

 

Wissenschaftliche Veröffentlichung:
[1] L. Palafox, R. Behr, J. Herick, O. Kieler, und M. Schubert, "Josephson based spectrum analyzer" Conferernce on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018), Paris, Frankreich, 8.-13.Juli 2018