Im Hochfrequenzbereich wirken alle elektrodynamischen Erscheinungen. Aus diesem Grund unterscheidet sich die Hochfrequenzmesstechnik grundlegend von der Messtechnik im Gleich- und Wechselspannungsbreich. Insbesondere sind die geometrischen Abmessungen der Schaltungen und Bauteile in der Größenordnung oder sogar sehr viel größer als die Wellenlänge. Schaltkapazitäten und -induktivitäten spielen eine entscheidende Rolle in der Verbindungstechnik, wenn man bedenkt, dass bei einer Frequenz von f = 5 GHz ein Kondensator mit 1 pF den kapazitiven Widerstand von ca. 32 Ohm und eine Spule mit 1 nH den induktiven Widerstand von ca. 32 Ohm hat. Skineffekt, Laufzeiten, Verkopplung und Abstrahlung, wellenwiderstandsrichtige Anpassung sind nur einige wichtige Probleme, die der Hochfrequenzingenieur beherrschen und messtechnisch erfassen muss. Heute sind drahtlose Kommunikation und Datenaustausch im Hochfrequenzbereich wesentliche Bestandteile unseres technischen Umfeldes. Der Ingenieur muss messtechnisch nachweisen, das sein Gerät keine anderen Geräte stört bzw. durch diese nicht gestört werden kann. Ohne Bestehen dieser Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit gibt es keine Zulassung und damit keine Fertigungserlaubnis.

Die Vorlesung beginnt mit der Vorstellung des internationalen Einheitensystems (SI), dessen Bedeutung für den internationalen Warenverkehr sowie der Darstellung der SI-Einheiten in den nationalen Standardbüros. Am Beispiel der leitungsgebundenen Verbindungstechnik mit ihren unterschiedlichen Steckern zeigen sich die Besonderheiten im Hochfrequenz-bereich. Danach wird die Erzeugung hochfrequenter Signale mit geeigneten Signalgeneratoren besprochen. Ohne sie wäre eine Hochfrequenzmesstechnik nicht möglich. In den Hauptpunkten werden die Leistungsmessung, die Frequenzmessung und Spektrometrie, die n-Tor Beschreibung mit der Streumatrix S und die mit den X-Parametern sowie die Verfahren zur Messung der komplexen Reflexions- und Transmissionsfaktoren, die Resonatormesstechnik, die Messungen an Antennen, die Messung der Rauscheigenschaften von Verstärkern und die Messung der Materialparameter vorgestellt, analysiert und mögliche Messfehler aufgezeigt. Je nach Zweckmäßigkeit werden für die Darstellung der Messgröße sowohl der Frequenz- als auch der Zeitbereich genutzt und gegenseitige Umrechnungen angegeben. Neben dem Ziel einer effektiven Labormesstechnik wird immer versucht, die Messgrößen durch Verfahren über die Basiseinheiten des SI-Systems zu bestimmen. Gleichfalls wird gezeigt, wie durch Rechnersteuerung der Geräte, des Messvorgangs und der Auswertung auch anspruchsvolle Messaufgaben in einer zumutbaren Messzeit mit geringem Messfehler lösbar sind.

Title:

Microwave Measurements

Credits: 5

Prerequisites

Electronic Components III
Microwave Engineering I and II

Contents

The course starts with the presentation of the international unit system SI, its meaning for international trade and the representation of the SI-units at the national institutes of standards. The special features of microwave measurements (transit time, mutual coupling, skin-effect) will be presented. Following, the generation principles of high frequency signals in relation to frequency stability, variation band and power. Six main topics concentrate on the measurement methods of RF-power, the n-port characterisation by means of scattering matrix S (linear and non-linear), the measurements of reflection and transmission coefficients (both magnitude and phase), measurements of frequency and spectrum, noise measurements and the use of resonators as measuring tools. All methods will be analysed and sources of measurement errors will be given. Depending on the application signal representation is done in frequency or time domain. Besides the goal of effective measurement methods for laboratory use in research and production, it is still very important to represent a measured signal using the basic SI-units. Additionally, the use of a computer to control several measurement devices and their data streams allows processing the data using mathematic and graphic tools in a comfortable way.

Literature

Schiek, B.: Grundlagen der Hochfrequenz-Messtechnik, Springer-Verlag, Berlin,1999
Thumm, M., Wiesbeck, W., Kern, S.: Hochfrequenzmeßtechnik. B.G. Teubner, Stuttgart, 1997