Hochfrequenzmeßtechnik

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.