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Leistungsmesser (Power Meter)

Bild 1: Mit zwei Messköpfen bestückter Leistungsmesser R&S®NRX.
(mit freundlicher Genehmigung von Rohde & Schwarz)

Bild 1: Mit zwei Multipath-Diodenmessköpfen bestückter Leistungsmesser R&S®NRX.
(mit freundlicher Genehmigung von Rohde & Schwarz)

Leistungsmesser (Power Meter)

Durch die rasante Entwicklung der Mikroelektronik haben sich auch die Messgeräte gewandelt. Prinzipiell geschieht der komplette Messablauf für eine HF-Leistungsmessung innerhalb des kleinen Messkopfes (Bild 3). Nur die Daten der Messung werden noch irgendwohin transportiert und so kann jeder Computer oder Laptop mit einer passenden Schnittstelle und der passenden Software als Anzeigegerät verwendet werden. Es gibt jedoch auch spezielle Basisgeräte, die praktisch einen Computer enthalten und das Messergebnis anzeigen können (Bild 1). Da wo früher zwei Messgeräte zum Einsatz kamen, können heute zwei oder mehr Messköpfe an ein Basisgerät angeschlossen werden.

Frühere Leistungsmesser konnten nur einen Durchschnittswert anzeigen. Beim Messen von HF-Impulsen musste dann mit einem als bekannt vorausgesetzten Tastverhältnis aus der gemessenen Durchschnittsleistung erst eine Impulsleistung errechnet werden. Mit den neuen Messgeräten wird der Verlauf des gemessenen HF-Signal wie auf einem Oszilloskop dargestellt und es kann ein Messbereich direkt über dem zu messenden Impuls definiert werden, so dass auch eine Impulsleistung direkt angezeigt werden kann.

Bild 2: Messbrücke für das thermische Verfahren

Bild 2: Messbrücke für das thermische Verfahren

Messkopf

Der Messkopf enthält eine Widerstandsmessbrücke mit einem Thermistor (Bild 2). Diese Messbrücke besteht aus zwei Spannungsteilern R1 mit R3 und R2 mit R4 und werden mit einer Hilfsspannung Uh gespeist. Wenn das Verhältnis der Widerstände in jedem der Spannungsteiler gleich ist, dann ist die Messspannung Um gleich Null. Der Thermistor R3 verändert jedoch seinen Widerstandswert abhängig von der Temperatur. Mit dem Regler R4 könnte dann ein Nullabgleich gemacht werden, wenn die Raumtemperatur abweicht. (Bis hierher ist diese Schaltung identisch mit einem elektronischen Thermometer.)

Über diesen Thermistor fließt einmal der Gleichstromanteil aus der Beschaltung der Widerstandsmessbrücke, aber zusätzlich über die Kondensatoren auch der Hochfrequenzanteil aus dem Messanschluss. Durch diese zusätzliche Leistung erwärmt sich der Thermistor und vergrößert seinen Innenwiderstand. Dadurch kommt die Messbrücke aus dem Gleichgewicht, es fließen messbare Ausgleichsströme, aus denen über die zusätzliche Erwärmung des Thermistors die Größe der HF-Leistung berechnet werden kann.

Bild 3: Messköpfe nach dem thermischen Verfahren
(mit freundlicher Genehmigung von Rohde & Schwarz)

Bild 3: Messköpfe nach dem thermischen Verfahren
(mit freundlicher Genehmigung von Rohde & Schwarz)

Diese klassische Variante eines Messkopfes hat eine sehr hohe Messgenauigkeit. Thermische Messköpfe sind aufgrund ihrer Arbeitsweise sehr träge. Dafür ist es ihnen aber völlig egal, welche Frequenz die HF-Leistung hat, die zum Heizen des Thermistors genutzt wird. Deshalb sind sie extrem breitbandig und werden in ihrer Bandbreite nur durch die Kapazitäten beschränkt, die durch die Anpassung an die Impedanz der Zuleitung entstehen. Sie sind auch völlig unabhängig von der Kurvenform oder einer Modulation.

Ein weiterer Vorteil ist, dass es dem Thermistor auch egal ist, ob er durch zusätzliche HF-Leistung oder durch einen zusätzlichen Gleichstrom durchflossen wird. Deshalb kann ein solcher Messkopf mit Gleichstrom intern kalibriert werden!

Handhabung

Ein Messkopf für HF-Messung ist gegenüber einer zu hohen Belastung sehr empfindlich. Eine zu große HF-Leistung würde den Thermistor zerstören und das Gerät unbrauchbar machen. Deswegen sollte vor der Messung immer abgeschätzt werden, welches Messergebnis an dem Messpunkt überhaupt erwartet wird und ob es für den Messkopf verträglich sei. Im Zweifelsfall sollte durch vorgeschaltete Dämpfungsglieder der Messkopf geschützt werden, die dann je nach Messergebnis schrittweise entfernt werden können, wenn das Messergebnis einen viel zu kleinen Wert hat.

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