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Hochfrequenz-Leistungskalibrierung im "Außenvergleich"

07.12.2006

In der Hochfrequenz-Leistungsmesstechnik wird die Kalibrierung von thermischen und Dioden-Leistungsmessköpfen, durch deren Einsatz die Leistungsmessung in industriellen Anwendungen fast vollständig abgedeckt wird, durch direkten Vergleich (Außenvergleich) mit Thermistor-Leistungsnormalen durchgeführt, wobei letztere in Mikrokalorimetern der PTB durch Bestimmung des effektiven Wirkungsgrades kalibriert werden. Da die Kalibrierung von Thermistor-Leistungsnormalen durch Kalorimetermessung extrem aufwändig und zeitintensiv ist, stellt der Außenvergleich eine kostengünstige und effiziente Alternative unter Inkaufnahme geringfügig größerer Messunsicherheiten dar.
Als Kenngröße eines Leistungsmesskopfes wird der Kalibrierungsfaktor ηcal angegeben. Er ist als Verhältnis zweier Leistungen definiert, die auf den Messkopf bei einer MHz-Referenzfrequenz und bei der GHz-Messfrequenz eingestrahlt werden und die dabei an einem zugehörigen Grundgerät zur gleichen Leistungsanzeige führen.
Beim Außenvergleich wird zunächst die Ausgangsleistung eines stabilen Hochfrequenz-Generators mit einem Normal N gemessen, anschließend das Normal durch das Messobjekt ersetzt und ein Vergleich mit der vom Bezugsnormal angezeigten Leistung durchgeführt. Da weder der Generator noch die beiden Messköpfe (Normal - und Messobjekt) ideal an den Wellenwiderstand des verwendeten Leitungssystems angepasst sind, müssen beim Vergleich diese Fehlanpassungen, charakterisiert durch komplexe Reflexionsfaktoren, berücksichtigt werden. Die Messung der Fehlanpassungen erfolgt separat durch vektorielle Streuparametermessungen mittels eines Netzwerkanalysators.
Der neue Messplatz für den Vergleich mit PTB-Thermistornormalen ermöglicht die Bestimmung des Kalibrierungsfaktors ηcal bis 18 GHz, wobei sich das Messergebnis meist auf eine Referenzfrequenz von 50 MHz bezieht. Der Messplatz ist insbesondere für Messwerterfassung, -darstellung und -verarbeitung sowie die Bestimmung der Messunsicherheit voll automatisiert.


Bild 1: Vollautomatischer 18-GHz-Messplatz für die Bestimmung des Kalibrierungsfaktors von Thermistoren, thermischen Leistungsmessern und Diodenleistungsmessköpfen.