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Messabweichungen nach nichtidealer LRL- oder TRL-Kalibrierung eines Netzwerkanalysators

18.02.2005

Zur Ermittlung der Fehlerterme vektorieller HF-Netzwerkanalysatoren (VNA) wird häufig das LRL- oder TRL-Kalibrierverfahren (Line-Reflect-Line  bzw. Through-Reflect-Line) angewandt. Als Kalibrierelemente werden für das LRL-Verfahren zwei im Idealfall reflexionsfreie Präzisions-Luftleitungs-Impedanznormale (Lines) unterschiedlicher Länge und zwei Kurzschlüsse (Reflects) mit im Idealfall gleichen komplexen Reflexionsfaktoren benutzt. Beim TRL-Verfahren wird neben den reflects nur eine der Luftleitungen als lineund eine im Idealfall reflexionsfreie Durchverbindung (through) der Messtore benötigt. Die in den kommerziellen LRL-bzw. TRL-Kalibriersätzen vorhandenen Kalibrierelemente sind aber nicht ideal. Bei Durchverbindungen und Luftleitungen können Übergangswiderstände, HF-Verluste, Stufen in der Querschnittsgeometrie und Fremdkörper Änderungen der Reflexions- und Transmissionseigenschaften gegenüber dem Idealzustand hervorrufen. Ferner können die Reflexionsfaktoren der reflects ungleich groß sein. Die Annahme idealer Kalibrierelemente bei der geräteinternen Auswertung führt dadurch zu Messabweichungen der S-Parameter der Messobjekte, die nach der Kalibrierung mit dem VNA bestimmt werden.

Diese Messabweichungen wurden in einer umfangreichen theoretischen und experimentellen Studie als Funktion der Abweichungen der S-Parameter der Kalibrierelemente von ihren Idealwerten bestimmt. Es zeigt sich, dass die Messabweichungen der S-Parameter insbesondere von stark fehlangepassten Messobjekten recht groß werden können. Aber auch bei angepassten Messobjekten, etwa bei einem reflexionsarmen Dämpfungsglied, wie es oft als Transfernormal benutzt wird, können sich beispielsweise für einen Störkörper (hier ein Haar mit 0,1 mm Durchmesser), der bei der Kalibrierung in die through-Durchverbindung gerät, Messabweichungen der Dämpfung bis etwa 0,08 dB und Messabweichungen der Transmissions-Phase bis etwa 0,4° ergeben (s. Bild).


Messabweichung der Dämpfung ΙδS12TΙ (in dB) und des Transmissions-Phasen­winkels δarg(S12T)(in °) eines koaxialen 10 dB-Dämpfungsglieds geringer Reflexion (in 7 mm-Koaxialtechnik mit PC7-Konnektor) für ein Haar mit 0,1 mm Durchmesser in der through-Durchverbindung