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Multipfad-Diodenmessköpfe

Bild 1: R&S®NRP50S und R&S®NRP50SN
Dreipfad-Diodenmessköpfe
(mit freundlicher Genehmigung von Rohde &Schwarz)

Was ist ein Multipath-Diodenmesskopf?

Multipfad-Diodenmessköpfe

Multipfad-Diodenmessköpfe sind spezielle Messsensoren mit hohem Dynamikbereich für eine Leistungsmessung hochfrequenter Signale. Sie enthalten mehrere Dioden, die mit mehreren Leistungsteilern zusammen geschaltet werden und so eine einzige kalibrierte Einheit darstellen.

Für eine HF- Leistungsmessung kann ein einfaches Prinzip verwendet werden: das der einfachen Gleichrichtung mittels Dioden, der Umwandlung in eine Gleichspannung und deren Anzeige. Nach einer Temperatur- und Frequenzgangkorrektur sollte diese Gleichspannung proportional zur Leistung am Eingang des Messkopfes sein. Meist wird mit ausgemessenen Diodenpaaren eine Zweiweggleichrichtung durchgeführt. Ein Nachteil ist, dass nur ein kleiner Bereich in der Diodenkennlinie dafür genutzt werden kann weil diese Kennlinie außerhalb eines kleinen Bereiches zu große Nichtlinearitäten aufweist (siehe Bild 2). Damit hat der Messaufbau mit nur einer Diode oder einem Diodenpaar eine sehr geringe Dynamik.

Temperaturschwankungen
Germanium
Silizium

Bild 2: typische Durchlasskurve von Germanium- und Siliziumdioden

Temperaturschwankungen
Germanium
Silizium

Bild 2: typische Durchlasskurve von Germanium- und Siliziumdioden

Genutzt wird der Bereich, der in der Spannungskennlinie im Bild 2 eine Steigung wie bei einer quadratischen Funktion hat. Die Leistung ist in diesem Bereich linear, da die Leistung proportional dem Quadrat der gemessenen Spannung ist.

Schaltung

Multipfad-Diodenmessköpfe enthalten mehrere Diodenpaare, die von mehreren verschiedenen Leistungsteilern angesteuert werden. Die HF-Leistung wird in mehrere Wege mit unterschiedlichem Dämpfungsfaktor aufgeteilt. Üblicherweise verwendet man zwei oder drei Diodenpaare und wählt zur Anzeige dann den Ausgang desjenigen Diodenpaares aus, das im günstigen Bereich seiner Kennlinie arbeitet. So wird insgesamt eine größere Dynamik erreicht, das heißt, der Leistungssensor hat einen größeren Messbereich als das mit einem einzigen Diodenpaar möglich wäre. In der Praxis kann man so Dynamikbereiche erzielen, die denen der thermischen Sensoren sehr nahe kommen.

power
divider
−14 dB
−34 dB
gate
gate
gate
A
A
A
D
D
D
−20 dBm … +6 dBm
−70 dBm … -14 dBm
0 dBm … +23 dBm
Microprocessor

Bild 3: Internes Blockschaltbild eines Dreipfad-Diodenmesskopfes,
die Dynamik beträgt hier insgesamt −70 dBm … +23 dBm.

In den Aufgabenbereich des Mikroprozessors fällt neben der Auswahl des günstigsten Weges die Anpassung der Diodenkennlinien, eine Anpassung der drei Wege um unterschiedliche Verstärkungen und Dämpfungen auszugleichen, sowie eine Temperaturkompensation und Frequenzgangkorrektur.

Quellen:

power
divider
−14 dB
−34 dB
gate
gate
gate
A
A
A
D
D
D
−20 dBm … +6 dBm
−70 dBm … -14 dBm
0 dBm … +23 dBm
Microprocessor

Bild 3: Internes Blockschaltbild eines Dreipfad-Diodenmesskopfes,
die Dynamik beträgt hier insgesamt −70 dBm … +23 dBm.