Best_Of_2018

Sonderheft - Best of 2018
HF- und
Mikrowellentechnik
Echtzeit Phasenrausch-
Analysatoren
Globes, Seite 6

UNBEATABLE
QUALITY
SERVICE
STABILITY &
INNOVATION
Danke, dass Sie an unserer Geschichte teilnehmen ... und an unserer Zukunft!
Schon seit 50 Jahren sind wir von Mini-Circuits damit beschäftigt, qualitativ hochwertige Produkte schnell und effizient zu
entwickeln und zu günstigen Preisen anzubieten, verbunden mit einem kompromisslosen Service einschließlich technischer
Unterstützung. Und seit 50 Jahren wird unser Engagement auch von Ihnen durch das Vertrauen in unser Geschäft
belohnt. Daher versprechen wir Ihnen, auch in Zukunft mit größtem Einsatz daran zu arbeiten, dass dies so bleibt und
Sie den größten Nutzen aus unseren Angeboten ziehen können.
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Editorial
Best of 2018
Im heutigen Berufsleben geht ein Jahr - vor allem in
technisch orientierten Bereichen, aufgrund der ständigen
Informationsflut oft kaum bemerkt, so schnell vorbei,
dass man erst die „12“ auf dem Titel einer Fachzeitschrift
sehen muss, um sich bewusst zu werden, dass man schon
wieder zwölf Monate „geschafft“ hat.
Denn Entwicklungstermine oder EMV-Abnahmen,
Messen und Kongresse usw. folgen oft zeitlich so dicht
aufeinander, dass - außer für die aktuelle und beruflich
unabdingbare „Pflichtlektüre“ - meist nicht viel Zeit für
ein paar ruhige Leseminuten zum ersten Durchblättern
einer neuen monatlichen Heft-Ausgabe verbleibt. Eine
zeitliche Lücke für die gründlichere Lektüre innovative
Fachbeiträge oder Produktneuheiten tut sich daher nur
selten auf.
Technische Beratung und Distribution
Bauelemente für die
Hochfrequenztechnik, Opto- und
Industrieelektronik sowie
Hochfrequenzmessgeräte
Getrieben von starken wirtschaftlichen Interessen
sind es vor allem die Kommunikations-, Mess- und
Halbleitertechnik sowie die für effizientes Design
erforderliche Software, die für eine hohe Innovationsrate
sorgen. Dadurch ist ständige, eigene Weiterbildung ein
Muss für alle, die in diesen Bereichen tätig sind.
Wer sich regelmäßig interessante Fachbeiträge oder
Produktinformationen auf sein Notebook lädt, dem
gehen in der Alltagshektik wenigstens keine wichtigen
Informationen verloren. Als eine sinnvolle Lösung zur
Bändigung dieser Informationsflut erschien es uns auch,
den Inhalt eines Jahrgangs noch einmal sorgfältig nach
Fachartikeln und Produktinnovationen durchzugehen,
die uns am interessantesten erscheinenden auszuwählen
und sie in einer „Best of 2018“-Ausgabe der „hf-Praxis“
gesammelt herauszubringen.
Hier liegt sie nun auf dem Tisch, gefüllt mit einer
subjektiven Themenauswahl quer durch alle Bereiche.
Aber das dürfte kaum ein Problem sein, da sich wohl jeder
im Laufe der Zeit zu den Spezialthemen seines Tätigkeitsbereichs
schon seinen ganz persönlichen „Wissenspool“
angelegt hat.
Es würde uns freuen, wenn Ihnen diese Spezialausgabe
zusagt. Doch nun wünscht Ihnen die Redaktion
angenehmes Blättern und eine entspannte, interessante
Lektüre.
Redaktion hf-praxis
Reinhard Birchel
municom GmbH
Fuchsgrube 4
83278 Traunstein
info@municom.de
Tel. +49 86116677-99 EN ISO 9001:2015
hf-praxis Best of 2018 3

Inhalt Best of 2018
hf-Praxis
ISSN 1614-743X
Fachzeitschrift
für HF- und
Mikrowellentechnik
• Herausgeber und Verlag:
beam-Verlag
Krummbogen 14
35039 Marburg
Tel.: 06421/9614-0
Fax: 06421/9614-23
info@beam-verlag.de
www.beam-verlag.de
Titelstory:
Holzworth Echtzeit Phasenrausch-Analysatoren
Das Hauptmerkmal, das die Echtzeit-Phasenrausch-Analysatoren der HA7000 Serie von
Holzworth (Vertrieb: Globes) vom Wettbewerb unterscheidet, ist die Möglichkeit der Messung des
absoluten Phasenrauschbodens eines jeden Instruments. 6
• Redaktion:
Dipl.-Ing. Reinhard Birchel
Ing. Frank Sichla (FS)
redaktion@beam-verlag.de
• Anzeigen:
Myrjam Weide
Tel.: +49/6421/9614-16
m.weide@beam-verlag.de
• Erscheinungsweise:
monatlich
• Satz und Reproduktionen:
beam-Verlag
• Druck & Auslieferung:
Brühlsche
Universitätsdruckerei
Der beam-Verlag übernimmt
trotz sorgsamer Prüfung der
Texte durch die Redaktion
keine Haftung für deren inhaltliche
Richtigkeit.
Handels- und Gebrauchsnamen,
sowie Warenbezeichnungen
und dergleichen
werden in der Zeitschrift ohne
Kennzeichnungen verwendet.
Dies berechtigt nicht zu der
Annahme, dass diese Namen
im Sinne der Warenzeichenund
Markenschutzgesetzgebung
als frei zu betrachten
sind und von jedermann ohne
Kennzeichnung verwendet
werden dürfen.
Messtechnik ab Seite 10:
Scope-Tastköpfe
in der Praxis
Die Kombination aus
Oszilloskop und Tastkopf
stellt hohe Ansprüche
an die Genauigkeit.
Das Verhalten eines
Scopes bezüglich
Eingangsimpedanz,
Rauschen, Übersteuerung,
Darstellungs-
Nichtlinearität,
Triggerung usw., führt
durch das Übersehen
der Tastkopfeigenheiten
oft zu Oszilloskop-
Fehlmessungen. 28
Quarze und Oszillatoren ab Seite 52:
Hochstabiler Ultra-
Niederspannungs-TCXO
IQDs neue temperaturkompensierte
Quarzoszillator-Familie IQXT-225
kommt mit einer extrem geringen
Versorgungsspannung von nur 1,2 V
aus und bietet dabei eine hervorragende
Frequenzstabilität von ±0,5 ppm über einen
Betriebstemperaturbereich von -30 bis
+85 °C. 53
4
hf-praxis Best of 2018

Antennen ab Seite 31:
Die wichtigsten
Antennen kennwerte im
Überblick
Was ist der Unterschied zwischen
Richtfaktor und Gewinn einer
Antenne? Wie kann man sich die
effektive Länge oder Höhe und die
Wirkfläche einer Antenne vorstellen?
Wie definiert man die Bandbreite einer
Antenne? Und was sollte man über das
Gütemaß einer Antenneneinheit wissen?
Auf diese und ähnliche Fragen
finden Sie hier Antworten. 36
Grundlagen ab Seite 43:
HF-Generatoren und ihre Verwendung
Man unterscheidet bei HF-Generatoren - je nach Art der Signalaufbereitung - hauptsächlich
zwischen analogen Signalgeneratoren und Vektor-Signalgeneratoren. Daraus ergeben sich
unterschiedliche Modulationsarten und entsprechende Einsatzmöglichkeiten. 46
Bauelemente ab Seite 62:
Entwicklung von Phased-
Array-Radarsystemen
Analog Devices, Inc. stellte unter der
Bezeichnung ADAR1000 einen hochintegrierten
aktiven Antennen-Beamforming-
Chip vor, der es Entwicklern erlaubt,
sperrige, mechanisch geführte Antennenplattformen
durch eine kompakte Halbleiterlösung
für phasengesteuertes Radar
(Phased-Array-Radar) und Kommunikationssysteme
zu ersetzen. 62
Software ab Seite 73:
Evaluation of Package
Properties for RF BJTs
This application note demonstrates the extraction
procedure for the passive part of a SPICE model
for the package and wire bonds of an Infineon
Technology SOT343 bipolar junction transistor
(BJT) up to 10 GHz and compares the model against
measurements. 74
hf-praxis Best of 2018
5

Titelstory
Holzworth Echtzeit Phasenrausch-
Analysatoren
Messen des echten Rauschbodens mit dem Cross Correlation Analyzer
Alexej Hermanowski,
Technischer
Innendienst/Marketing/
Qualitätsbeauftragter
GLOBES Elektronik
GmbH & Co KG
www.globes.de
Einleitung
Das Hauptmerkmal, das die
Echtzeit-Phasenrausch-Analysatoren
der HA7000 Serie von
Holzworth vom Wettbewerb
unterscheidet, ist die Möglichkeit
der Messung des absoluten
Phasenrauschbodens eines jeden
Instruments. Dieser absolute
Phasenrauschboden kann eine
wertvolle Information sein, da
nicht alle Phasenrauschanalysatoren
identisch sind, selbst wenn
sie von der gleichen Machart
sind oder die selbe Modellnummer
tragen. Diese Messmöglichkeiten
des Rauschbodens mit
den Phasenrauschanalysatoren
von Holzworth beruhen auf dem
einzigartigen rekonfigurierbaren
Frontend, auf das der Anwender
über verschiedene interne
Module Zugriff hat. Die Messung
des tatsächlichen Rauschbodens
eines Instruments bietet
den Benutzern ein hohes Maß an
Vertrauen in ihre gemessenen
Daten, da sie den tatsächlichen
Rauschpegel des Instruments im
Verhältnis zu den gemessenen
Daten darstellt.
Die meisten Cross Correlation
Phasenrausch-Analysatoren liefern
eine Rauschboden-Annäherung,
errechnet während der
Datenerfassung. Diese Annäherung
wird als confidence factor
oder gain indicator bezeichnet
und wird oft als Rauschboden
eines Instrumentes interpretiert,
was aber nicht zutrifft. Die
Application GUI (Bedienoberfläche)
der Holzworth HA7000
Bild 1: Blockschaltbild HA7062C
Series bietet diese Annäherungsfunktion
auch, sie wird da als
Cross Correlation Improvement
Factor bezeichnete. Dieser Cross
6 hf-praxis Best of 2018

Titelstory
Bild 3: 100 MHz OCXOs als DUT1 und DUT2
Bild 2: Aufbau Rauschbodenmessung
Correlation Improvement Factor
ist eine errechnete Kurve,
die auf dem Display in einem
schattierten Bereich unter der
gemessenen Datenkurve angezeigt
wird. Diese errechnete
Kurve ist nützlich zur Beurteilung
der Sicherheit der gemessenen
Daten, sie liegt zwischen
den gemessenen Daten und
dem berechneten Improvement
Factor.
gewiesene Genauigkeit und
Schnelligkeit beginnt aber schon
mit dem analogen Frontend (Bild
1) mit seiner beispiellosen Performance.
Schlüsselkomponenten
des analogen Frontends sind
zwei RF Synthesizer der Holzworth
HSX Series, die als interne
LOs (Local Oscillators/Überlagerungsoszillatoren)
arbeiten.
Diese sehr rauscharmen RF
Synthesizerquellen ergänzen die
Dualcore FFT Engine und bilden
so einen der fortschrittlichsten
verfügbaren Phasenrausch-Analysatoren.
Das einzigartige rekonfigurierbare
Frontend bietet direkten
Zugriff auf die internen LOs
und zugleich auf die RF- und
LO-Eingänge jeden Phasendetektorkanals
(Mischstufe).
Damit hat der Anwender Zugriff
auf Systempunkte, an denen
der absolute Phasenrauschboden
des Analysators gemessen
werden kann
HA7062C
Rauschboden messung,
Übersicht
Schlüssel für die Messung des
absoluten Phasenrauschbodens
mit den Analysatoren der
HA7000-Serie ist der direkte
Zugriff auf die internen Phasendetektoren
(Mischstufem) mittels
der DUT ch1 und DUT ch2
Eingänge. Der Zugriff auf jeden
Phasendetektor ermöglicht es
dem Anwender, zwei separate,
nicht kohärente RF-Signalquellen
anzuschließen. Bei richtiger
Konfiguration wird jedes am
DUT-ch1-Eingang vorhandene
Rauschen mit jedem am DUTch2-Eingang
vorhandenen Rauschen
nicht korreliert.
HA7062C Echtzeit Phasenrausch-Analysatoren
Bezüglich erwiesener Genauigkeit,
hoher Zuverlässigkeit,
Automation und Flexibilität ist
der HA7062C Echtzeit Phasenrausch-Analysatoren
industrieweit
führend. Er bietet extreme
schnelle Messgeschwindigkeit,
reduziert die Produktentwicklungszeit
und/oder optimiert
den Durchsatz im Prüffeld-ATE.
Der HA7062C verfügt über
einen sehr schnellen DSP für
Echtzeitmessungen. Die nach-
Bild 4: Phasenrauschböden bei 100 MHz
8 hf-praxis Best of 2018

Titelstory
Bild 5: Gemessener Rauschboden vs. Cross Correlation Improvement Factor
Wie in Bild 2 dargestellt, werden
die externen HF-Signalquellen
als DUT1 und DUT2 bezeichnet.
Die internen LO-Quellen (Local
Oscillator - „HSX Series Synthesizer“)
des Analysators werden
hier als LO1 und LO2 bezeichnet.
Die internen LOs sind die
begrenzenden Faktoren für den
Phasenrauschboden des Analysators
im internen LO-Mode.
Um die Rauschbodengrenze des
Instruments genau wiederzugeben,
sollten die Signalquellen
DUT1 und DUT2 das gleiche
oder bessere Phasenrauschverhalten
wie LO1 und LO2 aufweisen.
Holzworth empfiehlt daher
einen Satz Festfrequenz-OCXOs
(Oven Controlled Crystal Oscillators)
als DUT1 und DUT2, um
ein besseres Phasenrauschen als
die internen LO1- und LO2-Synthesizer
zu gewährleisten.
Beispiel Rauschbodenmessung
Wie bereits erwähnt, sollten die
Quellen DUT1 und DUT2 zur
Messung des absoluten Rauschbodens
des Echtzeit Phasenrausch-Analysators
HA7062C
das gleiche oder bessere Phasenrauschen
aufweisen, als die
internen RF-Synthesizer der
HSX Serie LO1 und LO2. In
diesem Beispiel wurden zwei
100 MHz OCXOs von Wenzel
Associates als DUT1 und DUT1
ausgewählt (siehe Bild 3).
Beachten Sie, dass sowohl der
Mess-Offsetfrequenzbereich als
auch die Anzahl der ausgewählten
Kreuzkorrelationenen den
absoluten Phasenrauschboden
eines Cross Correlation-Phasenrauschanalysators
direkt beeinflussen.
Wenn DUT1 und DUT2
an ihre jeweiligen Eingangsports
angeschlossen sind, muss
der Benutzer dann gezielt die
gewünschten Einstellungen am
Mess-Offsetfrequenzbereich und
an der Anzahl der gewünschten
Kreuzkorrelationen vornehmen.
Sobald diese Einstellungen in
die Applikations-GUI eingegeben
wurden, wählt der Benutzer
einfach Acquire, und die Echtzeit-Cross
Correlation Engine
misst schnell den Rauschboden
des Instruments.
Bild 4 zeigt die verschiedenen
Pegel der gemessenen Rauschböden
des Instruments bei 1x, 10x
und 100x Kreuzkorrelationen
für ein 100-MHz-Messobjekt
(DUT). Beachten Sie, dass diese
Daten nicht von der tatsächlichen
Leistungsfähigkeit der Signalquellen
abhängig sind, die als
DUT1 und DUT2 verwendet
werden, sondern dass ihr Phasenrauschverhalten
mindestens
so gut sein muss, wie das der
internen LO-Synthesizer. Das
Phasenrauschverhalten der internen
LOs ist im Benutzerhandbuch
des Analysators verfügbar.
Echte Daten sorgen für
eine gute Laune
Die Phasenrauschanalyse ist
ein sehr nützliches Werkzeug
zur Quantifizierung der Signalstabilität
und wird in der Elektronik-
und Kommunikationsindustrie
immer häufiger eingesetzt.
Mit dem Aufkommen
der Kreuzkorrelation in der
Phasenrausch-Analyse sind
nun auch Messböden erfassbar,
die bisher als unmöglich galten.
Es ist jedoch sehr wichtig,
die grundlegenden Grenzen
des Phasenrauschmesssystems
zu verstehen, im Guten wie im
Schlechten. Ohne die Kenntnis
der tatsächlichen Rauschbodenbegrenzung
des Systems ist es
für den Benutzer schwierig, die
Gültigkeit seiner Daten nachzuweisen.
Das Holzworth-GUI
(Bild 5) zeigt die Differenz zwischen
dem aktuell gemessenen
Rauschboden (grüne Linie) und
dem berechneten Cross Correlation
Improvement Factor (schattierter
Bereich unter der roten
Datenlinie).
Der Cross Correlation Improvement
Factor zeigt, dass es
eine ausreichende Marge für
den 100-MHz-OCXO gibt, der
bei 25facher Kreuzkorrelation
getestet wird. Die eigentliche
25fach kreuzkorrelierte Rauschbodenmessung
zeigt jedoch, dass
die Margen nicht so groß sind
wie die, die durch die Echtzeitdaten
ermittelt wurden.
Wenn die Datenkurve tatsächlich
mit dem gemessenen Rauschbodenverlauf
konvergieren würde,
dann hat der Anwender einen
konkreten Hinweis darauf, dass
das Testsystem unter den eingestellten
Messbedingungen seine
Grenzen erreicht hat. Eine größere
Anzahl von Kreuzkorrelationen
könnte dann verwendet
werden, um den Rauschboden
weiter zu reduzieren (wie in Bild
4 gezeigt) um die Datengenauigkeit
sicherzustellen.
Man muss die mathematische
Natur von confidence interval,
improvement factor, gain indicator
usw. eines Cross Correlation-
Phasenrauschanalysators verstehen,
um das Messergebnis richtig
zu interpretieren. Wenn dagegen
ein Benutzer den Rauschboden
auf einfachere Weise messen
kann, sind solche Interpretationen
nicht erforderlich. ◄
hf-praxis Best of 2018 9

Messtechnik
Best of 2018
Digitale Oszilloskope
Der Weg zum professionellen Messen
Das Oszilloskop wird in allen
Bereichen der Elektrotechnik,
Elektronik und Kommunikationstechnik
eingesetzt. Erfunden
wurde es in den 1930er Jahren,
ursprünglich aufgebaut in rein
analoger Technik. In den 1980er
Jahren begann bei den Geräten
zunehmend die Digitaltechnik
ihren Einzug zu nehmen, die
digitalen Speicheroszilloskope
ermöglichten es, langsame Vorgänge
„dauerhaft“ auf einer Standard-Oszilloskopröhre
darzustellen.
Mittlerweile ist das analoge
Konzept komplett vom digitalen
abgelöst worden. Mit der Digitalisierung
ergab sich ein Nebeneffekt,
das Oszilloskop entwickelte
sich zur multifunktionalen
Autor:
Joachim Müller
Plattform (Multi-Domain). Als
herausragendes Beispiel sei die
FFT (Fast-Fourier-Transformation)
genannt. Sie erweitert die
für das Oszilloskop ursprünglich
fest zugeordnete Domäne
der reinen Zeitbereichsmessung
um die Funktionalität von Messungen
im Frequenzbereich, der
Spektrumanalyse.
War die Bedienung eines analogen
Oszilloskops vergleichsweise
klar durchschaubar, so
ist diese mit voranschreitender
Digitalisierung zunehmend komplexer
geworden. Grundkenntnisse
zur internen Struktur des
digitalen Konzepts sind für die
erfolgreiche Anwendung essentiell
geworden. Die für ein analoges
Oszilloskop seither nicht
bekannten Effekte wie Aliasing
oder Blindzeit entscheiden signifikant
das Gelingen einer Messung.
Mit dem nachfolgend aufgestellten
Fragenkomplex wird
der Anwender früher oder später
in Berührung kommen.
• Welche Samplingrate ist für
meine konkrete Applikation
erforderlich?
• Wie verhalten sich die Abhängigkeiten
der Samplingrate mit
unterschiedlichen Geräteeinstellungen
zueinander und welche
reale (effektive) Samplingrate
ist tatsächlich wirksam?
• Welche Rekordlänge (Auflösung
der Zeitachse) ist sinnvoll,
und wo liegen die Vorund
Nachteile hoher bzw.
niedriger Rekordlängeneinstellungen?
• Woran erkennt man Unterabtastung
und ob Geistersignale
(Aliase) vorliegen?
• Welche Zusammenhänge und
Wechselwirkungen bestehen
zwischen der Bandbreite des
Horizontalsystems und der
technisch realisierbaren vertikalen
Nennauflösung (ENOB)?
• Die reale zur Verfügung stehende
horizontale Auflösung
wird durch den ENOB-Wert
ausgedrückt. Auf welchen
Annahmen basiert dieser Wert?
• ETS (Equivalent-Time-Sampling),
ein Verfahren das
gigantische Samplingraten
verspricht. Unter welchen
Rahmen bedingungen sind
diese Werte tatsächlich real?
• Die Achillesverse des digitalen
Konzepts – sein Blindzeitverhalten.
Durch welche
Systemkomponenten wird
die Blindzeit beeinflusst, wie
erkennt man den zur aktuellen
10 hf-praxis Best of 2018

Messtechnik
Best of 2018
Im vereinfachten Blockschaltbild sind die beiden relevanten Systemzyklen dargestellt. Während des Erfassungszyklus werden Daten vom ADC erfasst und in
den Speicher geschrieben. In diesem Echtzeitzyklus erfolgen bereits Verarbeitungsfunktionen, die wichtigste davon stellt die Reduzierung der Datenflut durch
Dezimation dar. Nach Abschluss des Erfassungszyklus erfolgt unmittelbar die Rekonstruktion des Signalverlaufs aus den gespeicherten Daten zur weiteren
Verarbeitung, die letztendlich mit der Darstellung auf dem Display endet. Während des Waveform-Zyklus kann nicht zeitgleich ein Erfassungszyklus laufen,
d.h. das Gerät ist in diesem Zeitabschnitt blind – man spricht von Blindzeit. Beide Zyklen im Zusammenspiel bilden die Akquisitionszykluszeit. Die Performance
des Hardwaredesign bestimmt maßgeblich die Waveformzykluszeit und stellt damit die führende Größe des Blindzeitverhaltens dar.
Das Diagramm veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Einstellung der Acquisition-Time (Maßstab der Zeitachse in s/DIV) und der effektiven
Samplingrate. Daraus ergibt sich für jede Einstellung die reale Auflösung der horizontalen Zeitachse. Ist die Rekordlänge beim Gerät fix, bleibt kein Spielraum,
die horizontale Auflösung zu variieren. Bei Laborgeräten kann in der Regel die Rekordlänge verändert werden, allerdings steigt damit die Datenflut an, was
letztlich den Waveformzyklus (siehe Blockschaltbild) verlängert und damit die Blindzeit erhöht. Durch die zur Verfügung stehende höhere Auflösung werden
beim Zoomen mehr Signaldetails sichtbar. Der Zoom ist somit nicht eine reine Bildschirmlupe, sondern der aufgezoomte Bereich enthält die zuvor in der
Darstellung verdichteten realen Samples. Bei der Rekordlängeneinstellung ist zu entscheiden, was aus Sicht der Applikation notwendig ist.
hf-praxis Best of 2018 11

Messtechnik
Best of 2018
Einstellung wirksamen Blindzeitanteil?
• Wie kann der Einfluss der
Blindzeit wirkungsvoll durch
überlegte Geräteeinstellungen
minimiert werden, bzw. bei
der Suche nach sporadischen
Ereignissen ausgehebelt werden?
• Eine der Stärken der Digitalisierung:
Darstellung der
„Vorgeschichte“ zu einem
Signalereignis. Kombiniert
mit variabler Nachleuchtdauer
(Persistence Mode), zusätzlich
und meist optional, auch
als Falschfarbendarstellung.
Spielerei oder mächtiges Tool,
welchen Mehrwert ergibt diese
Funktionalität in der Praxis?
• Dem Oszilloskop, ursprünglich
die Domäne für Messungen
im Zeitbereich, erschließt sich
durch FFT der Frequenzbereich.
Welche Funktionen bietet
die implementierte FFT?
Ersetzt das Oszilloskop den
Spektrumanalyzer?
• MSO (Mixed-Signal-Oszilloskop):
Welche Funktion bietet
die MSO-Option und ist
es sinnvoll, diese beim Kauf
eines Geräts sofort zu ordern?
Verdrängt zukünftig das Oszilloskop
den Logikanalysator?
• Ein Thema, das bereits für analoge
Oszilloskop relevant war:
Die Gerätebandbreiten werden
immer höher angesetzt –
100 MHz ist zwischenzeitlich
der untere Level. Welche Tastköpfe
werden benötigt? Wie
gestaltet sich das Zusammenspiel
zwischen Gerätebandbreite
und Tastkopfbandbreite?
• Welche der umfangreichen
angebotenen Triggerfunktionen
kommen für die aktuelle
Applikation in Frage?
Diese Fragestellungen und
vieles mehr werden in dem
Buch „Digitale Oszilloskope“
praxisnah behandelt. Unter praxisnah
versteht der Autor die
Anwendung von aussagekräftigen
farbigen Zeichnungen und
Diagrammen in der Form, wie
verkürzt mit den beiden dargestellten
Sachverhalten beispielhaft
aufgezeigt wird.
In dem mit annähernd 400 Seiten
umfassenden Werk spiegelt
der Untertitel „Der Weg zum
professionellen Messen“ den
zu Grunde gelegten Leitgedanke
wider.
Das vermittelte Hintergrundwissen
ist sowohl auf zurückliegende
als auch auf zukünftige
Gerätegenerationen übertragbar
und unabhängig von der konkret
vorliegenden Geräteausstattung.
Somit ist das Werk in gewissem
Sinne zeitlos. Weiterhin sind die
vermittelten Kenntnisse bei der
Gerätebeschaffung von Nutzen,
eine Vorlage zum Erstellen
einer individuell zugeschnittenen
Eigenschaftencheckliste zur
Geräteauswahl befindet sich im
Anhang.
Diagramme zu den vorgestellten
und auch vergleichbaren Sachverhalten
und deren Abhängigkeiten
wird man in Gerätehandbüchern
kaum vorfinden. Das
Werk gibt Anregungen, sich für
die zur Verfügung stehenden
Geräte eigene Diagramme anzufertigen.
Diese Vorgehensweise
bereitet den Weg zum professionellen
Messen.
Unser gesamtes Buchprogramm
finden Sie unter www.beam-verlag.de
oder bestellen Sie über
info@beam-verlag.de ◄
Fachbücher für die
Praxis
Digitale Oszilloskope
Der Weg zum
professionellen
Messen
Joachim Müller
Format 21 x 28 cm, Broschur, 388 Seiten,
ISBN 978-3-88976-168-2
beam-Verlag 2017, 47,90 €
Ein Blick in den Inhalt zeigt, in welcher Breite
das Thema behandelt wird:
• Verbindung zum Messobjekt über passive und
aktive Messköpfe
• Das Vertikalsystem – Frontend und Analog-
Digital-Converter
• Das Horizontalsystem – Sampling und Akquisition
• Trigger-System
• Frequenzanalyse-Funktion – FFT
• Praxis-Demonstationen: Untersuchung von
Taktsignalen, Demonstration Aliasing, Einfluss
der Tastkopfimpedanz
• Einstellungen der Dezimation, Rekonstruktion,
Interpolation
• Die „Sünden“ beim Masseanschluss
• EMV-Messung an einem Schaltnetzteil
• Messung der Kanalleistung
Weitere Themen für die praktischen Anwendungs-Demos
sind u.a.: Abgleich passiver
Tastköpfe, Demonstration der Blindzeit, Demonstration
FFT, Ratgeber Spektrumdarstellung,
Dezimation, Interpolation, Samplerate,
Ratgeber: Gekonnt triggern.
Im Anhang des Werks findet sich eine umfassende
Zusammenstellung der verwendeten
Formeln und Diagramme.
Unser gesamtes Buchprogramm finden Sie unter
www.beam-verlag.de
oder bestellen Sie über info@beam-verlag.de
12
hf-praxis Best of 2018

Messtechnik
Kleiner Einlöt-Sondenkopf für Hochleistungsoszilloskope
Keysight hat den Mikrosondenkopf
Keysight MX0100A
InfiniiMax angekündigt, den derzeit
kleinsten Einlöt-Sondenkopf
für Hochleistungsoszilloskope,
der für moderne Hochgeschwindigkeitsgeräte
optimiert ist.
Die Größe der elektronischen
Bauteile schrumpft weiter, was
zu kleineren Lötstellen und
engeren Rasterabständen führt.
Da die Datenraten für Anwendungen
wie DDR-Speicher
steigen, arbeiten herkömmliche
Pads als Blindleitung und werden
zu einer Quelle für elektromagnetische
Interferenzen
(EMI). Daher suchen Entwickler
aktiv nach Lösungen mit hoher
Dichte und kleiner Geometrie
für die Untersuchung moderner
elektronischer Technologien
zur störungsfreien Analyse
und Messung von Signalen. Der
neue InfiniiMax-Mikrosondenkopf
von Keysight ist ein Mikro-
Einlötkopf für die Verwendung
mit den Sondenverstärkern InfiniiMax
I/II- des Unternehmens
und wurde für den Zugriff auf
Zielgeräte mit kleinen Geometrien
entwickelt. Die Zuleitungsdrähte
können auf einen
Abstand von 0 bis 7 mm eingestellt
werden. In Verbindung mit
dem 12-GHz- Sondenverstärker
InfiniiMax II 1169B von Keysight
liefert der MX0100A bis zu
Bauen Sie Ihren eigenen Vektor-
Netzwerkanalysator!
12 GHz Bandbreite. Die extrem
niedrige Eingangskapazität des
MX0100A bietet die beste Performance
seiner Klasse (0,17 pF,
50 kΩ differentiell), minimiert
den Sonden-Lade-Effekt und
maximiert die Signalintegrität
bei der Messung von Hochgeschwindigkeitssignalen.
„Die heute verfügbaren Oszilloskop-Sondenköpfe
sind manchmal
sogar größer als die zu
testenden Komponenten“, sagt
Dave Cipriani, Vice President
des Digital and Photonics Center
of Excellence bei Keysight
Technologies.
„Das macht den Zugriff auf
die Signale zu einer ständigen
Herausforderung für moderne
elektronische Messtechnologien.
Im Gegensatz zu herkömmlichen
Einlötsonden dieser Klasse hat
Keysight diese Mikrosonde so
konzipiert, dass sie weniger als
halb so groß ist wie herkömmliche
Einlötsonden für Geräte
mit hoher Dichte und kleinem
Abstand. Dieser Sondenkopf
ist heute einzigartig auf dem
Markt.“
■ Keysight Technologies
Deutschland GmbH
www.keysight.com
Best of 2018
Mit dem UVNA-63 hat Mini-
Circuits ein Mikrowellen-
Transceiver-Kit vorgestellt,
welches alle Komponenten
enthält, die man zum Aufbau
eines voll funktionsfähigen
Vektor-Netzwerk analysators
(VNAs) benötigt. Das Kit
wurde in Zusammenarbeit
mit der Firma Vayyar Imaging
entwickelt. Es erlaubt Nutzern
die Erstellung von S-Parameter-Algorithmen
und ermöglicht
Echtzeitmessungen an
Zweiport-HF/Mikrowellen-
Baugruppen, -Komponenten
oder -Geräten im Frequenzbereich
500 MHz bis 6 GHz.
Die Basis bildet ein Sechsport-
Vayyar-Transceiverchip und
ein PCB von Mini-Circuits
für den Chip und die externen
Bauelemente. Verbindungskabel
gemäß den SMA-Kalibrierungsstandards
werden
mitgeliefert. Dieses VNA-Kit
stellt sich als exzellentes und
fortschrittliches Ausbildungs-
Tool dar und passt sehr gut
zu verschiedenen Software-
Umgebungen einschließlich
Python und MATLAB für die
Entwicklung von Realtime-S-
Parameter-Messprogrammen.
■ Mini-Circuits
www.mini-circuits.com
...powered by
EMV-Pre-Compliance-Sets
… ein „Must-have“ für jeden Entwickler!
3,2 GHz Spektrumanalysator mit Tracking-Generator
50 µH AC-Netznachbildung (LISN) bis 8 A
Nahfeldsonden mit Breitband-Verstärker
PC-Software unterstützt den Entwickler
beim EMV-Pre-Compliance-Test
Kostenlos anfordern!
Immer aktuell via Facebook, Twitter und Youtube.
Jetzt informieren unter: www.alldaq.com/emv-bundle.
ALLDAQ – a division of ALLNET GmbH Computersysteme
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alldaq.com
&
hf-praxis Best of 2018 13

Messtechnik
Best of 2018
Verbesserte DAC-Phasenrauschmessungen ermöglichen
DDS-Anwendungen mit ultrageringem Phasenrauschen
In Radaranwendungen ist das
Phasenrauschen eine wichtige
Leistungskennzahl für Systeme
mit hoher Stör-Dämpfung. Phasenrauschen
betrifft alle Funksysteme.
Allerdings können speziell
Radarsysteme, bei kleineren
Offsets zur Trägerfrequenz, ein
niedrigeres Phasenrauschen als
ein Kommunikationssystem
erforderlich machen.
Entwickler solcher Hochleistungssysteme
wählen Oszillatoren
mit sehr geringem Phasenrauschen.
Das Ziel der Signalketten,
aus Sicht des Rauschens,
besteht darin, das Oszillator-
Phasenrauschprofil nur minimal
zu beeinträchtigen. Dies
verlangt Residual-/Additive-
Phasenrauschmessungen der
verschiedenen Komponenten in
der Signalkette.
Vor kurzem vorgestellte Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler
eignen sich bestens für die
Erzeugung von Signalverläufen
und Frequenzen für alle LOs,
die in Frequenzwandlungsstufen
notwendig sind. Die Radar-
Ziele jedoch stellen hohe Anforderungen
an das DAC-Phasenrauschen.
Der Artikel zeigt gemessene Verbesserungen
von über 10 dB bei
10-kHz-Offsets und dem Einsatz
des DAC-Modells AD9164.
Bild 1 zeigt die Verbesserung,
und im Folgenden wird erläutert,
wie die Ergebnisse mit einer
Kombination aus Auswahl des
Stromversorgungsreglers und
Verbesserungen beim Testaufbau
erzielt wurden.
Phasenrauschen –
Definition
Phasenrauschen ist ein Maß für
die Abweichung eines periodischen
Signals vom korrekten
Wert beim Nulldurchgang. Man
Analog Devices
www.analog.com
Bild 1: Verbesserung des Phasenrauschens beim AD9164
Bild 2: Plot-Methode bei Phasenrauschmessungen
Bild 3. Der DDS-Testaufbau für absolutes Phasenrauschen enthält sowohl das
DAC- als auch das Oszillatorrauschen
stelle sich einen Cosinusverlauf
mit Phasenschwankungen vor
x(t) = cos(2πft + Φ(t))
f = augenblickliche Frequenz
Φ(t) = wahllos schwankende
Phase in Radianten
Das Phasenrauschen ergibt sich
aus der Leistungsspektraldichte
der Phasenschwankungen
Linear betrachtet ist das Einseiten-Phasenrauschen
definiert als
Das Phasenrauschen wird normalerweise
in den Einheiten
dBc/Hz von 10log(L(f)) ausgedrückt.
Die Daten des Phasenrauschens
werden dann bei Offsetfrequenzen
relativ zum HF-
Träger aufgetragen.
Eine wichtige weitere Definition
von Phasenrauschen ist das absolute
Phasenrauschen gegenüber
dem Residual Phasenrauschen.
Absolutes Phasenrauschen ist
das gesamte Phasenrauschen,
gemessen im System. Residual
Phasenrauschen ist das additive
Phasenrauschen des zu testenden
Bauteils (DUT).
Dieser Unterschied ist, bei Testaufbauten
und der Ermittlung
von Beiträgen zum Phasenrauschen
auf Komponentenebene,
in einem System von großer
Bedeutung.
Mess methoden
Die Bilder in diesem Abschnitt
zeigen Testaufbauten für DDS-
Phasenrauschen. Für DAC-
Phasenrauschmessungen wird
angenommen, dass der DAC
als Teil eines DDS-Subsystems
(Direct Digital Synthesizer) verwendet
wird. Ein DDS wird mit
einem digitalen Sinusverlauf zu
einem DAC implementiert, der
in einem monolithischen IC oder
14 hf-praxis Best of 2018

Messtechnik
Best of 2018
Bild 4a: Messung des DDS-Residual-Phasenrauschens mit der
Phasendetektormethode
Bild 4b: Messung des DDS-Residual-Phasenrauschens mit der Cross-
Correlation-Methode
einem FPGA oder ASIC gespeichert
sein könnte, das mit einem
DAC kommuniziert. In modernen
DDS-Designs lassen sich
digitale Phasenfehler wesentlich
kleiner als DAC-Fehler machen,
und die DDS-Phasenrauschmessungen
werden typischerweise
durch die DAC-Leistungsfähigkeit
begrenzt.
Den einfachsten und weitest
verbreiteten Testaufbau zeigt
Bild 3. Für den DDS wird eine
Taktquelle verwendet, das
DDS-Ausgangssignal wird in
einen Cross-Correlation-Phasenrauschanalysator
eingespeist.
Dies lässt sich einfach
implementieren, da nur ein DDS
benötigt wird. Allerdings gibt
es bei diesem Testaufbau keine
Methode, um den Beitrag des
Oszillators zu extrahieren und
nur das DDS-Phasenrauschen
zu zeigen.
Bild 4 zeigt zwei gebräuchliche
Methoden, um das Oszillatorphasenrauschen
aus der Messung
zu beseitigen und eine Residual-
Rauschmessung zu erhalten. Der
Nachteil dieser Messungen ist,
dass der Testaufbau zusätzliche
DACs erfordert. Jedoch ist der
Vorteil ein wesentlich besserer
Indikator des DAC-Phasenrauschbeitrags,
der in System-
Level-Analyse-Budgets angewandt
werden kann.
Bild 4a zeigt die Phasendetektormethode.
In diesem Fall kommen
zwei DACs zum Einsatz, und der
Oszillatorbeitrag wird von beiden
DUTs in der Abwärtswandlung
zu DC subtrahiert.
Bild 4b zeigt eine Methode, welche
die Cross-Correlation- Phasenrauschanalyse
verwendet. In
diesem Fall werden DDS2 und
DDS3 eingestzt, um den Taktbeitrag
zu den LO-Ports der Messung
zu übersetzen. Ihr Beitrag
wird mit den Cross-Correlation-
Algorithmen entfernt, so dass
schließlich nur noch das DDS1-
Residual-Phasenrauschen in der
Messung enthalten ist.
Fortsetzung online unter:
http://webkiosk.epaper-kiosk.beam-verlag.de/2-2018/59731798 ab Seite 54
Diesen Fachartikel aus 2018 sollten Sie auch gelesen haben:
Die Blindzeit
digitaler
Oszilloskope
Oft spricht man von der Achillesferse digitaler
Oszilloskope. Gemeint ist damit das
Blindzeitverhalten der Geräte. Der Beitrag
deckt die Hintergründe zur Blindzeit auf
und zeigt, wie das reale Blindzeitverhalten
in der Praxis erkannt werden kann.
Besonders bei Kritikern der digitalen
Oszilloskope gilt das Blindzeitverhalten
als ein gewichtiges Argument bei
bestimmten Aufgabenstellungen auf das
Online: https://webkiosk.epaper-kiosk.beam-verlag.de/11-2018/62119005
alt bewährte analoge Oszilloskop zurückzugreifen.
Dieser Artikel möchte zunächst
kurz aufzeigen, dass das analoge Oszilloskop
ebenfalls Blindzeitverhalten aufweist,
um anschließend tiefer die Hintergründe
der Blindzeit des digitalen Konzepts zu
beleuchten.
Autor: Joachim Müller
in der HF-Praxis 11-2018, Seite 54
hf-praxis Best of 2018 15

Messtechnik
Best of 2018
Robust, zuverlässig, langlebig:
Elektromechanische HF-Relais haben viele
Anwendungen
Im GHz-Bereich
führt kaum ein
Weg an HF-Relais
vorbei. Die Wahl
des richtigen Relais
hängt dabei von vielen
Faktoren ab. Dieser
Beitrag vermittelt
einen Einblick in
die Grundlagen
elektromechanischer
HF-Relais und gibt
Empfehlungen für
den Einsatz konkreter
Relaistypen.
Autor:
Tobias Rieger
Telemeter Electronic GmbH
info@telemeter.de
www.telemeter.info
Unzählige Anwendungen in
der Hochfrequenz-Signaltechnik
erfordern für Schaltaufgaben
die hervorragenden Eigenschaften
elektromechanischer
Relais. Die Auswahl des richtigen
Bauteils hängt von vielen
Faktoren ab, unter Anderem
von der HF-Schaltleistung und
der zu schaltenden Frequenz.
Um die Kundenwünsche immer
optimal erfüllen zu können, hat
die Firma Telemeter Electronic
GmbH nun mit TEleRel eine
Marke ins Leben gerufen, die
keine Wünsche offen lässt.
Charakteristik, Vorteile
und Grenzen
Zunächst ein kurzer Einblick in
die Charakteristik, die Vorteile,
aber auch die Grenzen elektromechanischer
HF-Relais: HFund
Mikrowellen-Schalter leiten
Signale über Übertragungswege
mit einem hohen Wirkungsgrad.
Mit der Leistungsfähigkeit von
HF- und Mikrowellenschalter-
Konstruktionen sind mehrere
elektrische Parameter verbunden,
von denen vier jedoch,
aufgrund ihrer starken gegenseitigen
Abhängigkeit, für den
Entwickler von grundlegender
Bedeutung sind: Isolation, Einfügedämpfung,
Schaltzeit und
Belastbarkeit.
Die Isolation ist ein Maß dafür,
wie effektiv ein Schalter ein
Signal trennen kann. Es ist die
Dämpfung zwischen den Eingangs-
und Ausgangsports der
Schaltung bzw. des konkreten
Schalters. Die Einfügedämpfung
ist ein relatives Maß für die
Leistung, die im eingeschalteten
Zustand verloren geht. Die Einfügedämpfung
ist der kritischste
Parameter für einen HF-Designer,
da er merklich zur Rauschzahl
des Systems beitragen kann.
Die Schaltzeit ist die Zeitspanne,
die ein Schalter benötigt, um den
Zustand vom eingeschalteten
in den ausgeschalteten Zustand
und umgekehrt zu ändern. Dieser
Zeitraum kann von einigen
Mikrosekunden bei Hochleistungsschaltern
bis zu einigen
Nanosekunden bei Kleinsignalschaltern
betragen. Die Belastbarkeit
ist die maximale HF-Eingangsleistung,
die der Schalter
ohne dauerhafte Verschlechterung
der elektrischen Leistung
aushalten kann.
Die Lebensdauer elektromechanischer
HF-Relais ist sicherlich
ein begrenzender Faktor. Telemeter-Markenrelais
erfüllen mit
rund 1 Mio. spezifizierter Schaltzyklen
im Standard bereits die
Anforderungen vieler Anwendungen
im HF-Bereich.
Ausführungen und
Einteilungen
HF- und Mikrowellen-Schalter
können in zwei primäre Gruppen
eingeteilt werden: elektromechanische
Relais und Halbleiterschalter.
Nachfolgend soll
jedoch nur auf die elektromechanischen
Schalter eingegangen
werden.
Es sind verschiedene Konfigurationen
möglich, die von einpoligen
Einschaltern (Single-
Throw, SPST) über Umschalter
(Double-Throw, SPDT) mit bis
18 Ausgängen (SP18T) reichen
können. Transferschalter sind
hierbei ebenfalls erhältlich und
zweipolig/zweipolig (2P2T) einwie
ausgangsseitig ausgelegt.
Sie haben vier Ports mit zwei
möglichen Schaltzuständen und
können Lasten zwischen zwei
Quellen schalten.
Elektromechanische HF-Schalter
verfügen in der Regel über eine
größere Bauform, da sie eine
Reihe von Spulen und mechanischen
Kontakten enthalten.
Wie bei gewöhnlichen Relais
bewegen elektrisch gespeiste
Spulen die Relaiskontakte.
Elektromechanische Relais
haben eine niedrige Einfügedämpfung
(typisch 85 dB) und können Signale
mit Geschwindigkeiten im
Millisekundenbereich schalten.
Die wichtigsten Vorteile
sind, dass sie von Gleichstrom
(DC) und Signalen bis in den
Millimeterwellenbereich (50+
GHz) arbeiten können und nicht
für elektrostatische Entladung
(ESD) anfällig sind. Darüber
hinaus können sie hohe Leistungspegel
(bis zu mehreren
tausend Watt Spitzenleistung)
verarbeiten.
Zuverlässigkeit und
lange Lebensdauer
Bei elektromechanischen HF-
Schaltern sind aber auch einige
wenige Einschränkungen zu
beachten. Ihre Standardbetriebsdauer
ist in der Regel auf ungefähr
eine Million Schaltzyklen
begrenzt. Darüber hinaus können
sie aufgrund ihres Aufbaus gegenüber
Vibrationen empfindlich
sein. Die Betriebsdauer bezieht
sich auf die Anzahl der Zyklen,
die der elektromechanische HF-
16 hf-praxis Best of 2018

Messtechnik
Test completion date: Sept. 12, 2017
Fig. 1. RF data. (a) VSWR. (b) Insertion loss. (c) Isolation.
Grafik zu SWR (links), Insertion Loss (mitte) und Isolation (rechts)
Best of 2018
Schalter bei Erfüllung aller HFund
Wiederholgenauigkeitsanforderungen
erfüllen kann. Die
Relais der Serie TEleRel liefern
hier überzeugende Werte, siehe
Grafik. Hierbei wurde ein Modell
der Serie TR 02 im Frequenzbereich
bis 20 GHz einem Dauertest
mit 10 Mio. Schaltzyklen
unterzogen. Ausgewertet wurden
die kritischen Parameter SWR
(Stehwellenverhältnis), Einfügedämpfung
(Insertion Loss) und
Isolation. Wie die Grafik verdeutlicht,
wurden diese Parameter
jeweils nach 1, 5 und 10
Mio. Schaltzyklen ausgewertet.
Hierbei zeigt sich, dass sich die
Werte über den gesamten Testverlauf
stabil verhalten – was
für ein dauerhaft zuverlässiges
Schalten von Signalen ein wichtiges
Qualitätsmerkmal darstellt.
Markenrelais der Serie TEleRel
garantieren in der Standardausführung
immer 1 Mio. Schaltzyklen,
die Option „High Performance“
garantiert 5 Mio.
Schaltzyklen. Die längere
Lebensdauer basiert hierbei auf
einem robuster konstruierten
Aktuator und Übertragungselementen,
die für magnetische
Effizienz und mechanische Steifigkeit
optimiert wurden. Die
Option ist für nahezu alle Serien
der Marke TEleRel entsprechend
erhältlich.
Anwendungen mit einer breiten
Frequenzabdeckung von DC bis
40 GHz und geringer Einfügedämpfung
sind Kandidaten für
elektromechanische HF-Schalter,
der Marke TEleRel wobei
High-Rel-Versionen bevorzugt
werden, wenn eine hohe Langlebigkeit
absolut notwendig ist.
Ausstattungs merkmale
passend zu jeder
Anwendung
Diese Schalterkonstruktionen
bieten dem Systemdesigner
sogar noch zusätzliche Funktionen.
Ein Beispiel sind Lasten
mit reellen 50 Ohm. Jede ungenutzte
offene Übertragungsleitung
in einer Schalterschaltung
hat die Möglichkeit, bei Mikrowellenfrequenzen
zu schwingen.
Die Resonanz könnte dazu
führen, dass Strom zurück zur
aktiven Quelle reflektiert und
diese beschädigt wird, insbesondere
in einem System, das
bei einer Frequenz von 26 GHz
oder höher arbeitet, bei der die
Isolation stark abfällt. Viele
Übertragungsleitungen sind
so ausgelegt, dass sie 50 Ohm
Impedanz aufweisen, sodass HF-
Schalter, die ohmsche 50-Ohm-
Lasten enthalten, wenig Energie
reflektieren.
Elektromechanische HF-Schalter
werden als terminierte oder
nichtterminierte Versionen
geliefert. In terminierten Versionen
ist der ausgewählte Pfad
geschlossen, wenn alle Pfade
mit 50-Ohm-Abschlüssen
abgeschlossen sind, sodass der
gesamte Strom isoliert wird.
Einfallende Signalenergie wird
durch den Abschlusswiderstand
absorbiert, sodass keine Signale
zurück reflektiert werden. Nicht
abgeschlossene Schalter haben
keine 50-Ohm-Abschlüsse.
Daher muss die Impedanzanpassung
an einem anderen Teil
des Systems stattfinden, um
Reflexionen zu reduzieren.
Nicht abgeschlossene Schalter
haben jedoch den Vorteil einer
geringeren Einfügedämpfung.
Eine interne Terminierung ist
für die Serien TR02 bis TR10
erhältlich. Diese decken somit
viele Anwendungen mit einem
Bedarf vom Umschalter bis hin
zum Zehnfachschalter entsprechend
ab.
Die mechanische
Qualität ist
entscheidend
Bei elektromechanischen HF-
Schaltern ist auch der Aktuatormechanismus
besonders wichtig.
Wenn die Spule erregt wird,
bewegt das induzierte Magnetfeld
die Aktuatoren, welche die
Kontakte öffnen oder schließen.
Mehrfachschalter ab dem Modell
SP3T werden typischerweise in
der Ausführung „normally open“
angeboten. Sobald keine Spulenspannung
mehr anliegt, öffnen
sich alle Ausgangskontakte. So
kann es zu keiner fehlerhaften
Signalübertragung kommen.
Ergänzend hierzu existieren
sogenannte „failsafe“ Modelle,
die ohne anliegende Spulenspannung
immer auf eine bekannte
Position zurück kehren, meistens
Ausgang 1.
Andere Modelle verfügen über
eine „Latching“-Option. Sie
haben keine Standardposition
und behalten die letzte geschaltete
Position bei. Latching-Relais
sind nützlich, wenn Stromverbrauch
und Verlustleistung ein
Problem darstellen. Die Spule
für einen Kontakt verbraucht
nur für einen Augenblick Strom,
während das Relais abschaltet.
Danach kann die Spulenspannung
wieder entfallen.
Ein weiteres Merkmal, welches
elektromechanische HF-Schalter
ebenfalls bieten können, besteht
aus zusätzlichen Hilfsgleichstromkontakten,
die mit der
Spule verbunden sind und die
HF-Pfade schalten. Diese Hilfskontakte
steuern normalerweise
Indikatoren, welche die Position
von HF-Pfaden signalisieren. Sie
können z.B. verwendet werden,
um einem externen Steuersystem
Statusinformationen über das
HF-Relais zu geben.
Die Qual der
Steckerwahl
Elektromechanische HF-Schalter
sind in verschiedenen Gehäusegrößen
und Steckerkonfigurationen
erhältlich. Die meisten
Koaxialschalter-Designs verwenden
SMA-Steckverbinder
für den Betrieb bis 26 GHz. Designs,
die bis zu 40 GHz arbeiten,
verwenden typischerweise 2,92-
mm- oder K-Anschlüsse. Koaxialschalter,
die mit mehr Leistung
(bis zu mehreren hundert Watt
CW) arbeiten, können größere
N-Typ-, TNC- oder sogar SC-
Anschlüsse verwenden.
Die Bauformen reichen von Standardgehäusen,
die nicht gegen
Umwelteinflüsse geschützt sind,
bis hin zu High-Rel-Ausführungen,
die hermetisch versiegelt
sind, um harten Bedingungen
standzuhalten.
Vielfältig, modular
und auch
kundenspezifisch
Die Tabelle soll eine Übersicht
über alle erhältlichen Serien der
TEleRel-Markenrelais geben.
Für eine Bestellung ist grundsätzlich
zu wählen, welche
Anzahl an Schaltpositionen
der Schalter bieten soll. Weiter
werden wichtige Optionen, wie
die Schalterart (z.B. failsafe)
hf-praxis Best of 2018 17

Messtechnik
Best of 2018
Leistungskurve
Mittlere Leistung (W)
VSWR
Verlustfaktor
1, 5 : 1 0,96
2,0 : 1 0,88
2,5 : 1 0,84
3,0 : 1 0,75
3,5 : 1 0,70
4,0 : 1 0,64
4,5 : 1 0,60
5,0 : 1 0,56
Frequenz (GHz)
Diese Leistungskurve bezieht sich auf folgende Rahmenbedingungen:
• Umgebungstemperatur +20°C
• Meereshöhe 0
• VSWR 1 : 1
• Leistungslos geschalten
Bestellschlüssel
Schalterart Funktion/ Spulen- Anschlüsse Frequenzbereich Actuator/Ansteuerung Spezialoptionen
Konfiguration spannung
TR XX- X XX X XX X -XX
TEleRel 01 = DPDT F = Failsafe 12 Volt C = SC weiblich 01 = DC bis 1 GHz 0 = Mit Überspannungsschutz C = Positive common
TEleRel 02 = SPDT L = Latching 18 Volt K = 2.92 mm weiblich 03 = DC bis 3 GHz ohne TTL/self-cutoff D = Sub-D
TEleRel 03 = SP3T N = Normally Open 24 Volt L = 2.4 mm weiblich 04 = DC bis 4 GHz 1 = Mit TTL-Treiber E = Erweiterter Temperaturbereich
TEleRel 04 = SP4T 28 Volt N = N weiblich 05 = DC bis 5 GHz 2 = Self cutoff (nur bei latching) H = High performance
TEleRel 05 = SP5T S = SMA weiblich 12 = DC bis 12,4 GHz 3 = Self cutoff & TTL (5 Mio. Schaltzyklen)
TEleRel 06 = SP6T 16 = DC bis 16 GHz (nur bei latching) I = Indikatoren
TEleRel 07 = SP7T 18 = DC bis 18 GHz 4 = Ohne Überspannungsschutz L = Low PIM
TEleRel 08 = SP8T 26 = DC bis 26,5 GHz ohne TTL/self cutoff M = Moisture seal
TEleRel 09 = SP9T 40 = DC bis 40 GHz 5 = Mit Binär Decoder (BCD) N = Ohne Befestigungsbügel
TEleRel 10 = SP10T bei DPDT
TEleRel 11 = SP11T P = Hohe Leistung
TEleRel 12 = SP12T T = Terminierung
TEleRel 13 = SP13T V = V-Bauform
TEleRel 14 = SP14T Y = Y-Bauform
TEleRel 15 = SP15T
TEleRel 16 = SP16T
TEleRel 17 = SP17T
TEleRel 18 = SP18T
***Bitte beachten Sie, dass einige Optionen modellabhängig nicht verfügbar sind***
Übersicht über alle erhältlichen Serien der TEleRel-Markenrelais
Deutschland
Telemeter Electronic GmbH
Joseph-Gänsler-Str. 10, 86609 Donauwörth
Tel. +49 906 70693-0, Fax +49 906 70693-50
info@telemeter.de, www.telemeter.info
sowie die Schaltspannung und
die gewünschten Anschlüsse,
gewählt. Je nach Modellreihe
decken TEleRel-Markenrelais
einen Frequenzbereich bis zu
40 GHz ab. Zur perfekten Integration
in die kundenseitige
Anwendung stehen zahlreiche
Optionen, wie Sub-D Steckverbinder
zum Anschluss der Steuerspannung,
TTL-Funktionalität,
Indikatoren, High-Power- oder
High-Performance-Modelle, zur
Verfügung.
Sofern kein Standardmodell
für die geplante Anwendung
verfügbar ist, entwickelt man
Schweiz
Telemeter Electronic GmbH
Romanshornerstr. 117, 8280 Kreuzlingen
Tel. +41 71 6992020, Fax +41 71 6992024
info@telemeter.ch, www.telemeter.info
bei Telemeter auch bereits ab
kleinen Serienmengen kundenspezifische
Varianten. Spezielle
Bauformen, Hochspannungstauglichkeit,
erweiterte Frequenzbereiche
oder eine spezielle
Gestaltung der Label nach
Kundenvorgabe, z.B. mit QR
Code, stellen hierbei nur einen
Tschechische Republik
Telemeter Electronic s.r.o.
České Vrbné 2364, 37011 České Budějovice
Tel.+420 38 5310637, Fax +420 38 5510124
info@telemeter.cz, www.telemeter.info
kleinen Ausschnitt an maßgeschneiderten
Optionen dar.
Ergänzt wird dies durch weitere
Service-Leistungen wie
Lagerhaltung von bevorzugten
Standardmodellen, Bevorratung
über Rahmenverträge und
bedarfsgerechte Just-in-Time-
Lieferungen. ◄
Blatt_2_für alle_Schalter_Serie TR_08_2017 – Jede Wiedergabe oder Vervielfältigung von Text und Bild ist nur mit Genehmigung von Telemeter Electronic GmbH gestattet. Irrtum und Änderungen vorbehalten!
18 hf-praxis Best of 2018

Messtechnik
Spektrumanalyse wird „ultra-real“
M i t d e r R S A 5 0 0 0 - S e r i e s t e l l t e
Rigol die neue Generation seiner
Spektrumanalysatoren mit Ultra-Real-
Technologie vor. Die Geräte sind ab sofort
beim deutschen Distributor Meilhaus Electronic
erhältlich. Ultra-Real ist die Kombination
aus einem klassischen Spektrumanalysator
und nahtloser Echtzeiterfassung
und Analyse, 40 MHz Echtzeit-Bandbreite,
Frequenzmasken-Trigger (FMT)
und zusammengesetzten/gleichzeitigen
Darstellungsarten wie Spektrogramm und
Intensität. Die neuen Spektrumanalysatoren
lassen sich dank großem Touchscreen und
einem modernen, übersichtlichen Frontpanel-Design
intuitiv und einfach bedienen
– trotz des hohen Funktionsumfangs
der Geräte.
Besonders für Einsatzgebiete wie EMV-
Pre-Compliance, D&E, IOT-Entwicklung,
HF-Labor und Ausbildung sind die
Instrumente hervorragend geeignet und sie
wachsen durch verschiedene Ausbaustufen
und nachrüstbare Firmware-Optionen bei
Bedarf mit der Applikation mit.
Die RSA5000-Serie arbeitet nicht nur
nach dem gängigen Heterodyn-Analysatorprinzip,
bei dem das zu untersuchende
Frequenzband über einen Sägezahngenerator
durchlaufen wird, wodurch die Messung
nicht nahtlos ist. Sondern zusätzlich
verwendet die RSA-Serie auch eine hochleistungsfähige
FFT-Analyse.
Die Serie beinhaltet zunächst die zwei
Basismodelle RSA5032 (mit dem Frequenzbereich
9 kHz bis 3,2 GHz) und
RSA5065 (9 kHz bis 6,5 GHz). Der
typische Wert für das Phasenrauschen liegt
bei -108 dBc/Hz (Carrier Offest 10 oder
100 kHz), die minimale Bandbreitenauflösung
(RBW, -3 dB) bei 1 Hz. Der DANL
(Displayed Average Noise Level, Eigenrauschleistung)
beträgt -165 dBm typisch.
Optionen
Zu den möglichen Optionen und Ausbaustufen
gehören unter anderem die 40 MHz
Echtzeit-Bandbreite, ein 6,5-GHz-Tracking-Generator,
EMC-Filter und Quasi-
Peak-Erkennung sowie eine hochstabile
OCXO-Clock. Die Analysatoren bieten
umfangreiche Mess-, Trigger- und grafische
Darstellungsmöglichkeiten sowie
standardmäßig die Schnittstellen USB
und Ethernet/LXI. Besonders interessant
für Ausbildungsbetriebe dürfte die HDMI-
Schnittstelle sein, mit der Bildschirminhalte
zum Beispiel im Hörsaal per Beamer
projiziert werden können.
■ Meilhaus Electronic GmbH
www.meilhaus.de
Best of 2018
EMV-Messempfänger ist
schnell und universell
Der neue Messempfänger TDEMI Ultra
von Gauss Instruments mit bis zu 685 MHz
Echtzeitbandbreite, ultraschnellem Receiver
Scanning sowie Multi-GHz-Echtzeit-Scanning
bis 40 GHz ist nicht nur der bis dato
schnellste am Markt verfügbare Messempfänger,
sondern ist durch sein kompaktes
Design sowie einer 12-V-Versorgung universell
und mobil einsetzbar.
Dem Anwendungsbereich des TDEMI
Ultras sind kaum Grenzen gesetzt. Egal
ob leitungsgeführte oder gestrahlte Emissionsmessungen,
er ermöglicht durch den
niedrigsten Rauschboden und die höchste
Dynamik unbegrenzten Einsatz auch bei
anspruchsvollsten Anwendungen – sowohl
in der Analyse als auch der Zertifizierung
von Produkten. ine volle Automatisierung
von EMV- und Funk-Messungen mit erheblicher
Zeitersparnis ist im Zusammenspiel
mit der EMI64k Software Suite von Gauss
Instruments möglich.
■ Gauss Instruments International GmbH
www.gauss-instruments.com
Power Sensor Delivers USB,
LAN and PoE Connectivity
Boonton has begun shipping the new
CPS2000 series of True Average Connected
Power Sensors. With USB, LAN and PoE
connectivity, a robust set of drivers, and bestin-class
measurement speed, the CPS2000
series was designed to simplify integration
and shorten test times in manufacturing and
ATE environments. As RF and wireless
technology becomes increasingly ubiquitous
there is pressure to drive down the cost
of test for next generation devices in areas
such as 5G networks, driverless vehicles
and electronic warfare. CPS2000 sensors
address the challenges faced by manufacturing
test engineers by providing lower cost
of test, higher measurement throughput and
greater up time, all packaged into a future
proof instrument with a variety of connectivity
capabilities.
The CPS2000 shortens test times with
unmatched throughput rates of >100 measurements
per second. The wide frequency,
50 MHz to 8 GHz, and measurement,
-40 dBm to +20 dBm, ranges provide high
performance at a great price and ensures
the ability to test a wide variety of cutting
edge devices. The intuitive user interface
and powerful programming tools provide
easy access to all measurements as well
as special features, such as multi-channel
measurements, channel-to-channel math
and strip chart recording. These product
specifications and features position the
CPS2000 as an ideal tool for high-volume
manufacturing test.
■ Boonton/AR
www.ar-deutschland.com
hf-praxis Best of 2018 19

Messtechnik
Best of 2018
Wie erhält man bei Rauschzahlmessungen
mit kalter Rauschquelle korrekte Ergebnisse?
Bild 1: Bei einem aktiven (signalverstärkenden) Bauteil ist das Ausgangsrauschen stets stärker als das Eingangsrauschen
multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor des Bauteils. Das bedeutet, dass das SNR am Ausgang kleiner als das
SNR am Eingang ist. Der Rauschfaktor F ist daher stets größer als 1 bzw. die Rauschzahl stets größer als 0 dB
Wie ist die Rauschzahl
definiert?
Autor:
David Ballo
Keysight Technologies
www.keysight.com
Rauschfaktor und Rauschzahl
sind wichtige Kenndaten von
Hochfrequenzsystemen. Diese
Werte sind ein Maß für die Stärke
des Rauschens, das einem Signal
beim Durchlaufen des Systems
hinzugefügt wird oder – anders
ausgedrückt – ein Maß für die
dadurch verursachte Verringerung
des Signal/Rauschabstands
(SNR, signal-to-noise ratio). Bei
dem „System“ kann es sich beispielsweise
um einen einfachen
Verstärker handeln, oder auch
um eine komplexere Schaltung,
bestehend aus einem Frequenzumsetzer
mit Verstärkern,
Mischern und Filtern. Die Ursache
dafür, dass sich der Signal/
Rauschabstands verringert, ist
in der Regel elektrisches Rauschen,
das von aktiven Bauteilen
im System hervorgerufen wird.
Der Rauschfaktor (F) ist das Verhältnis
des SNR am Eingang zum
SNR am Ausgang des Systems.
Bei jedem aktiven (im Sinne von:
signalverstärkenden) Bauteil ist
das Ausgangsrauschen stärker
als das Eingangsrauschen multipliziert
mit dem Verstärkungsfaktor
des Bauteils. Das bedeutet,
dass der SNR am Ausgang
kleiner als der SNR am Eingang
ist. F ist daher stets größer als 1
(Bild 1). Die Rauschzahl (NF,
noise figure) ist nichts anderes
als der Rauschfaktor in Dezibel:
NF = 10·log(F).
Es gibt im Wesentlichen zwei
Rauschzahl-Messmethoden.
Am häufigsten wird das Y-Faktor-
oder Heiß/Kaltquellen-
Messverfahren angewandt. Es
gibt sowohl Spektrumanalysator-basierte
Testlösungen als
auch dedizierte Rauschzahl-
Analysatoren. Für Rauschzahlmessungen
nach der Y-Faktor-
Methode benötigt man eine
kalibrierte, ein/ausschaltbare
Rauschquelle; in der Regel
wird hierfür eine speziell für
Rauschmessungen optimierte
Avalanche-Diode verwendet. Bei
abgeschalteter Dioden-Betriebsspannung
(„kalte Quelle“) produziert
die Rauschquelle genau
so viel Rauschen wie ein entsprechender
Abschlusswiderstand
bei Raumtemperatur. Bei
eingeschalteter Betriebsspannung
(„heiße Quelle“) erzeugt
sie infolge des Lawinendurchbruchs
ein wesentlich stärkeres
elektrisches Rauschen als ein
Abschlusswiderstand bei Raumtemperatur.
Die Stärke dieses
zusätzlichen Rauschens (excess
noise) wird durch eine Tabelle
mit Excess-Noise-Ratio- (ENR)
Werten charakterisiert. Da das
Messobjekt (DUT, device-undertest)
bei der Y-Faktor Methode
mit zwei unterschiedlichen Eingangsrauschpegeln
angesteuert
wird, liefert die Messung, außer
der Rauschzahl, auch gleich den
Verstärkungsfaktor.
Bei der Kaltquellen-Methode
kommt, wie der Name bereits
andeutet, lediglich eine kalte
Rauschquelle in Form eines
Abschlusswiderstands zum
Einsatz; die Messung wird in
der Regel bei Raumtemperatur
durchgeführt. Der Verstärkungsfaktor
muss in diesem Fall
durch eine separate Messung
bestimmt werden. Die meisten
Vektor-Netzwerkanalysatoren
(VNA) arbeiten nach dieser
Methode. Die Verstärkungsfaktormessung
ist nichts anderes als
eine gewöhnliche S-Parameter-
Messung. Dank des vektoriellen
Messverfahrens (Amplitudenund
Phasenmessung) erlaubt
ein VNA ausgeklügelte Fehlerkorrekturverfahren;
dadurch
erzielt man eine wesentlich
höhere Messgenauigkeit als mit
der Y-Faktor-Methode. Dieser
Vorteil kommt insbesondere bei
On-wafer- und In-fixture-Messungen
sowie in automatisierten
Testumgebungen zum Tragen,
wo die Rauschquelle nicht direkt
an das Testobjekt angeschlossen
werden kann.
VNA-basierte
Kaltquellen-
Rauschzahlmessungen
Kaltquellen-Rauschzahlmessungen
bestehen aus zwei Teilen.
Im ersten Teil werden die S-Parameter
des Testobjekts gemessen.
Als Stimulussignalquelle dient
dabei der VNA-interne Sinusgenerator,
der Frequenzgang
wird mithilfe der Standardmessempfänger
im VNA gemessen.
Die S-Parameter-Messungen
erfolgen mit den üblichen Einstellungen
für Vorwärts- und
Rückwärts-Signalpegel, Ausgangsabschwächung
und ZF-
Bandbreite. Im zweiten Teil wird
die Ausgangsrauschleistung des
Testobjekts bei ausgeschaltetem
Sinusgenerator mithilfe eines
VNA-internen, rauscharmen
Messempfängers gemessen. Für
die Rauschleistungsmessung
werden spezielle Einstellungen
angewandt, die nichts mit den
S-Parameter-Messungen zu tun
20 hf-praxis Best of 2018

Messtechnik
haben. Diese betreffen u. a. die
Rauschbandbreite des Rauschmessempfängers,
die Anzahl
der zu mittelnden Messungen
und die Umgebungstemperatur
des als kalte Rauschquelle dienenden
Eingangs-Abschlusswiderstands.
Zur Optimierung der
Rauschzahl-Messgenauigkeit
sollten die Teile 1 und 2 jeweils
separat optimiert werden.
Best of 2018
Kalibrierung der
Rauschzahlmessung
Wie die Rauschzahlmessung
selbst besteht auch die Kalibrierung
von Kaltquellen-Rauschzahlmessungen
aus zwei Teilen.
Im ersten Teil wird eine
S-Parameter-Kalibrierung zur
Ermittlung der normalen Vektor-Fehlerkorrekturkoeffizienten
durchgeführt. Danach wird der
Rauschmessempfänger kalibriert.
Dabei wird ermittelt, wie
viel Rauschleistung von den
rohen (unkorrigierten) Rauschmessdaten
subtrahiert werden
muss, damit ausschließlich das
vom Messobjekt verursachte
Rauschen angezeigt wird. Die
vom Rauschmessempfänger
erzeugte und gemessene
Rauschleistung ist von dessen
Verstärkung, Bandbreite
und Rauschzahl abhängig. Je
höher die Verstärkung und je
größer die Messbandbreite des
Messempfängers sind, desto
größer ist auch die gemessene
Rauschleistung. Der Gesamtbeitrag
des Messempfängers ist
demnach proportional zu seinem
Verstärkung-Bandbreite-
Produkt. Verstärkung und Bandbreite
können separat gemessen
werden, oder zusammen als ein
Produkt. Bei der Rauschquellenbasierten
Methode zur Charakterisierung
eines Rauschempfängers
wird das Verstärkungs-
Bandbreite-Produkt gemessen.
Dabei ist es nicht möglich, die
Rauschbeiträge von Verstärkung
und Bandbreite einzeln zu quantifizieren.
Der PNA-X bietet eine alternative
Methode zur Bestimmung
des Verstärkungs-Bandbreite-Produkts
unter Verwendung
einer Rauschquelle. Diese
Methode erfordert ein Leistungsmessgerät
(Power Meter) als
Bild 2: Ergebnisse einer Kalibrierung unter Verwendung einer „schlechten“ Rauschquelle, die dadurch emuliert wurde,
dass einer „guten“ Rauschquelle ein 3-dB-Abschwächer nachgeschaltet wurde, ohne die ENR-Tabelle entsprechend
anzupassen. Die Ergebnisse verdeutlichen, warum ein Through-Adapter kein geeignetes Verifikationsnormal ist: Die
Ergebnisse sind verrauscht und liegen auch dann um 0 dB herum, wenn die Verstärkung des Messempfängers nicht
korrekt kalibriert wurde. Bei der Messung der Rauschzahl eines signalverstärkenden Bauteils (obere Kurve) führt
die fehlerhafte Kalibrierung zu falschen Ergebnissen. Bei Verwendung eines Through-Adapters würde man das nicht
erkennen
Kalibriernormal und misst Verstärkung
und Bandbreite des
Rauschmessempfängers separat.
Zunächst wird die Ausgangsleistung
der HF-Signalquelle im
PNA-X mithilfe des Leistungsmessgeräts
über den gewünschten
Frequenzbereich kalibriert.
Danach wird die kalibrierte
Signalquelle zur Kalibrierung
der Verstärkung des Rauschmessempfängers
verwendet.
Anschließend wird für jeden
Frequenzpunkt innerhalb des
interessierenden Frequenzbereichs
ein Signal über das ZF-
Filterbandbreite des Messempfängers
gewobbelt. Dann wird
durch Integration der Messdaten
die äquivalente Rauschbandbreite
bestimmt. Schließlich wird
aus den so ermittelten Verstärkungs-
und Bandbreite-Werten
das Verstärkungs-Bandbreite-
Produkt berechnet.
Verifikation der
Rauschzahlkalibrierung
Nach Abschluss einer Rauschzahlkalibrierung
sollte man diese
verifizieren. Hierbei empfiehlt
es sich, die beiden Teile der
Rauschzahlmessung separat zu
verifizieren. Zur Verifikation des
S-Parameter-Teils können die
Standardmethoden zur S-Parameter-Verifikation
angewandt
werden. Am einfachsten misst
man ein Through-Kabel oder
einen Through-Adapter und
stellt sicher, dass die S21-Kurve
keine Welligkeit aufweist und
bei etwa 0 dB oder ein wenig
darunter liegt. S11 und S22 misst
man mithilfe eines Open- bzw.
Short-Standards; auch diese
Kurven sollten um 0 dB herum
liegen. Falls ein Verifikationskit
verfügbar ist, können weitere
Verifikationsnormale wie z. B.
ein Abschwächer oder ein definiert
fehlangepasster Wellenleiter
vermessen werden. Den
Rauschmessempfänger-Teil der
Kalibrierung unter Verwendung
eines Through-Bauteils wie z. B.
Kabel oder Abschwächer zu verifizieren,
ist aus zwei Gründen
unzweckmäßig. Erstens produziert
ein passives Through-Bauteil
– im Gegensatz zu einem
Verstärker – kein zusätzliches
Rauschen. Das bedeutet, dass
man mit dem Through-Bauteil
oder Abschwächer die gleiche
Rauschleistung misst wie während
der Kalibrierung. Wenn
man zwei schwache Rauschsignale
voneinander subtrahiert,
weist die Differenz starke
zufällige Schwankungen (Jitter)
auf. Mit zunehmender Frequenz
steigt auch dieses Messkurvenrauschen
an, und die Empfindlichkeit
des Rauschmessempfängers
nimmt ab. Zweitens kann
man unter Verwendung eines
passiven Bauteils nicht verifizieren,
ob das Verstärkung-Band-
hf-praxis Best of 2018 21

Messtechnik
Best of 2018
breite-Produkt des Messempfängers
korrekt gemessen wurde.
Bild 2 demonstriert dieses Konzept
an einem Beispiel. Die
Abbildung zeigt das Ergebnis
einer Kalibrierung unter Verwendung
einer „schlechten“
Rauschquelle, die dadurch „hergestellt“
wurde, dass dem Ausgang
der Rauschquelle ein 3-dB-
Abschwächer nachgeschaltet
wurde, ohne die ENR-Tabelle
zu korrigieren. Solchermaßen
kalibriert, zeigt die untere Kurve
die Rauschzahl eines Through-
Adapters. Die Messkurve liegt
zwar, wie erwartet, bei etwa 0
dB, weist aber wegen der oben
diskutierten Anwesenheit von
zusätzlichem Rauschen Spitze-
Spitze-Schwankungen von etlichen
dB auf. Die obere Kurve
zeigt die nach dieser Kalibrierung
gemessene Rauschzahl
eines Verstärkers. Beim Vergleich
mit einer korrekten Kalibrierung
erkennt man, dass die
„schlechte“ Kalibrierung Ergebnisse
mit einem Fehler von etwa
3 dB liefert. Trotz der „schlechten“
Kalibrierung liegt die
Messkurve dennoch um etwa 0
dB herum. Das zeigt, dass eine
Messung an einem Bauteil, das
kein zusätzliches Rauschen
produziert (z.B. Adapter oder
Abschwächer), ungeeignet ist,
um die Kalibrierung des Rauschmessempfängers
zu verifizieren.
Es ist besser, den Rauschmessempfänger
mithilfe einer
Rauschquelle zu kalibrieren, die
eine zusätzliche Rauschleistung
bekannter Größe produziert. Da
das ENR gemessen und auf dem
Bildschirm des Vektor-Netzwerkanalysators
angezeigt werden
kann, eignet sich eine präzise
Rauschquelle, die nicht für die
Kalibrierung verwendet wurde,
bestens als Verifikationsnormal.
Schauen wir uns zunächst einmal
an, was geschieht, wenn für
Kalibrierung und Verifikation die
gleiche Rauschquelle verwendet
wird. In unserem Beispiel
verwenden wir die „schlechte“
Rauschquelle mit dem 3-dB-
Abschwächer. Aus der obersten
Messkurve in Bild 2 ist ersichtlich,
dass das gemessene ENR
der „schlechten“ Rauschquelle
mit der nicht modifizierten ENR-
Bild 3: Die oberste Kurve verdeutlicht, dass nach einer Kalibrierung unter Verwendung der „schlechten“
Rauschquelle die gemessenen ENR-Werte mit den Werten in der nicht modifizierten Tabelle übereinstimmen,
obwohl die tatsächlichen ENR-Werte um 3 dB darunter liegen. Bei einem System, das unter Verwendung eines
Leistungsmessgeräts kalibriert wurde, (untere Kurve), werden die ENR-Werte der modifizierten Rauschquelle
korrekt angezeigt. Misst man die nicht modifizierte Rauschquelle (ohne den 3-dB-Abschwächer) nach einer
Leistungsmessgeräte-basierten Kalibrierung, sind die Messergebnisse nahezu identisch mit der ENR-Tabelle,
was man an der guten Übereinstimmung den beiden oberen Kurven erkennt. Das bedeutet, dass die mit dem
Leistungsmessgerät durchgeführte Kalibrierung des Rauschmessempfängers korrekt ist
Tabelle übereinstimmt – obwohl
das tatsächliche zusätzliche
Rauschen um 3 dB geringer ist
als das der nicht modifizierten
Rauschquelle.
Das lässt sich folgendermaßen
verallgemeinern: Die ENR-Messung
einer beliebigen, für die
Rauschzahlkalibrierung verwendeten
Rauschquelle liefert stets
die in deren ENR-Tabelle enthaltenen
Werte, ganz gleich, ob
das von ihr gelieferte Rauschen
tatsächlich den Tabellenwerten
entspricht oder nicht. Wenn die
Kalibrierung mithilfe eines Leistungsmessgeräts
erfolgte, liefert
die Messung der „schlechten“
Rauschquelle korrekte, nämlich
um etwa 3 dB kleinere ENR-
Werte (untere Kurve in Bild
3). Misst man die nicht modifizierte
Rauschquelle (ohne den
3-dB-Abschwächer) nach einer
Leistungsmessgeräte-basierten
Kalibrierung, sind die Messergebnisse
nahezu identisch mit
der ENR-Tabelle, was man an
der guten Übereinstimmung den
beiden oberen Kurven erkennt.
Das bedeutet, dass die mit dem
Leistungsmessgerät durchgeführte
Kalibrierung des Rauschmessempfängers
korrekt ist.
Zusammenfassung
Die VNA-basierte Kaltquellen-
Rauschzahlmessmethode liefert
– u. a. dank ausgeklügelter
Fehlerkorrekturverfahren
– hochgenaue Ergebnisse. Das
gilt insbesondere für On-waferund
In-fixture-Messungen sowie
für automatisierte Tests. Kaltquellen-Messungen
bestehen
aus zwei Teilen: S-Parameter-
Messung und Rauschleistungsmessung.
Sowohl während der
Kalibrierung als auch bei Messungen
am Testobjekt sollten
diese beiden Teile unabhängig
voneinander optimiert werden.
Zur Verifikation der Rauschzahlkalibrierung
sollte man die
S-Parameter-Kalibrierung und
die Rauschleistungskalibrierung
separat verifizieren. Die Messung
des ENR einer als „gut“
bekannten und nicht zur Kalibrierung
verwendeten Rauschquelle
ist der richtige Weg zur
Verifikation der Kalibrierung
eines Rauschmessempfängers.
Weitere Informationen über
VNA-basierte Kaltquellen-
Rauschzahlmessungen finden
Sie in den folgenden Applikationsberichten:
“High-Accuracy Noise Figure
Measurements Using the PNA-X
Series Network Analyzer”
( Keysight Literaturnummer
5990-5800EN)
“Optimizing On-Wafer Noise
Figure Measurements Up to
67 GHz”
(Keysight Literaturnummer
5991-2524EN) ◄
22 hf-praxis Best of 2018

Messtechnik
S-Parameter-Messungen – ganz einfach
Oft geht es in der
Netzwerkanalyse nur
um das Ermitteln
von S-Parametern.
Diese Messungen
werden mit dem
kostengünstigen Vektor-
Netzwerkanalysator
R&S ZNLE jetzt sehr
einfach.
Mit nur 24 cm Tiefe und 6 kg
Gewicht ist der neue Vektor-
Netzwerkanalysator R&S ZNLE
das kompakteste Gerät seiner
Klasse (BILD 1). Dennoch
wartet er mit einem kompletten
S-Parameter-Testset für bidirektionale
Zweitormessungen
an passiven Komponenten und
einem 10,1“-WXGA-Touchscreen
auf. Ein externer PC
zum Konfigurieren der Messungen
ist nicht erforderlich, der
R&S ZNLE ist ein vollwertiger
Netzwerkanalysator, der für die
Frequenzbereiche von 1 MHz
bis 3 GHz (R&S ZNLE3) oder
bis 6 GHz (R&S ZNLE6) lieferbar
ist.
Der kompakte, leichte Vektor-Netzwerkanalysator R&S ZNLE misst
S-Parameter präzise und komfortabel. Quelle: Rohde & Schwarz
der Messkurven, die per Dragand-drop
konfiguriert werden
können. Eine Multi-Touch-
Zoomfunktion vergrößert interessierende
Bereiche einer
Messkurve, sodass Start- und
Stopp-Frequenzen sowie Pegelbereiche
nicht geändert werden
müssen. Durch gleichzeitiges
Laden mehrerer Setups werden
unterschiedliche Messungen
schneller ausgeführt, weil sich
das Nachladen von der Festplatte
erübrigt.
Eine Voraussetzung für stabile
und reproduzierbare Messergebnisse
ist ein geringes Messkurvenrauschen.
Mit typ. 0,001 dB
bei 10 kHz Messbandbreite
überzeugt der R&S ZNLE mit
einem Bestwert. Dieser erlaubt
die Verwendung größerer Bandbreiten
als üblich und beschleunigt
die Messungen deutlich.
Die Messgeschwindigkeit für
201 Messpunkte bei 100 kHz
Bandbreite im voll kalibrierten
Zustand beträgt nur 9,6 ms.
Nahezu vernachlässigbar sind
die Datenübertragungszeiten
im Fernsteuerbetrieb, weil diese
bereits während der nächsten
Messung übertragen werden. Die
gute Dynamik von typ. 120 dB
rundet das positive Bild ab.
Für Komponenten, die auf einem
Board oder in einem Prüfadapter
getestet werden müssen, kompensieren
verschiedene Deembedding-
/ Embedding-Funktionen
im R&S ZNLE Zuleitungen,
Streifenleitungen o. ä.
Die Funktionen „Autolength
and Loss“ und „Fixture Compensation“
verschieben dabei
die koaxiale Kalibrierebene am
Kabelende hin zum Testobjekt
(BILD 2). Muss man das DUT
einschließlich der Anpassschaltungen
charakterisieren, können
diese virtuell im Gerät simuliert
werden (Embedding), entweder
mit vorgegebenen oder
mit in s2p-Dateien definierten
Schaltungen. ◄
Best of 2018
Mit einer automatischen Kalibriereinheit
ist er einfach und
schnell kalibriert. Sowohl bei
der Kalibrierung als auch beim
Aufsetzen der Messung unterstützt
ein Wizard. Das spart Zeit,
auch bei der Einarbeitung in die
Features des Geräts. Sollten dennoch
Fragen aufkommen, zeigt
eine Hilfefunktion ausführliche
Informationen zu allen Gerätedetails.
Die einfache und klar strukturierte
Bedienoberfläche ermöglicht
die individuelle Anordnung
von Messkurven und -kanälen.
Der große Touchscreen bietet
genügend Raum zum Anzeigen
Andreas Henkel
Produktmanager
Netzwerkanalyse
Rohde & Schwarz
GmbH & Co. KG
www.rohde-schwarz.com
Feldquelle zur Störfestigkeitsanalyse
Die Feldquellen dienen der Störfestigkeitsanalyse
von Baugruppen und Geräten. Sie koppeln
Pulsfelder (IEC 61000-4-4) in den Prüfling ein.
Zur Analyse werden sie von Hand dicht über den
Prüfling geführt. Dabei reagiert die Schwachstelle
auf das Pulsfeld und Funktionsfehler werden
ausgelöst. Ein EFT/Burst-Generator speist
die Feldquellen über ein Hochspannungskabel.
Die Feldquellen von Langer besitzen einen
SMB-Ausgang. Das Anschlusskabel für die
Feldquellen ist mit SHV-Stecker (HV SHV-SMB
1 m) oder mit Fischer-Stecker (HV FI-SMB
1 m; Fischer-Stecker S103A023) erhältlich.
Es werden verschiedene Arten von Feldquellenköpfen
für unterschiedliche Messaufgaben
angeboten. Diese ermöglichen ein millimetergenaues
Eingrenzen von Schwachstellen oder
auch das Aufsuchen kritischer Verbindungen
und Anschlüsse wie Bauelemente, Leiterzüge
oder IC-Pins auf den festgelegten Störpfad.
■ Langer EMV-Technik GmbH
www.langer-emv.com
hf-praxis Best of 2018 23

Messtechnik
Best of 2018
Quadratur des Kreises
Klassische
HF-Leistungsmesser
sind klein und genau,
aber nicht sehr
empfindlich und weisen
eine begrenzte Dynamik
auf. Hier punkten
die Messempfänger,
die aber andere
Nachteile haben. Ein
revolutionärer neuer
Sensortyp bringt alle
guten Eigenschaften
zusammen.
Empfänger bisher nur
als Notlösung
Es klingt wie eine Binsenweisheit,
aber wenn es darum geht,
die Leistung hochfrequenter
Signale genau zu messen, sind
HF-Leistungsmesser die erste
Wahl. Zwei Technologien
zur Leistungsdetektion haben
sich etabliert: die thermische
Methode und die Messung mit
Autoren:
Dr. Georg Schnattinger
Michael Kaltenbach
Marcel Thränhardt
Rohde & Schwarz
GmbH & Co. KG
www.rohde-schwarz.com
Bild 1: Kaum größer als ein klassischer Sensor, aber mit bisher unerreichbarer
Dynamik: der frequenzselektive Leistungsmesser R&S NRQ6
Dioden. Thermische Leistungssensoren
bestimmen die Leistung
anhand der Wärme, die das Eingangssignal
in einem Abschlusswiderstand
erzeugt. Diodenbasierte
Sensoren ermitteln die
Leistung über die Gleichrichtung
des Eingangssignals im quadratischen
Bereich der Diodenkennlinie.
Es gibt sie in verschiedenen
Varianten, wobei Mehrpfad- und
Breitband-Sensoren die wichtigsten
Anwendungen abdecken.
Gegenüber Messempfängern
und Spektrumanalysatoren, die
sich grundsätzlich ebenfalls zur
Hochfrequenzleistungsmessung
eignen, zeichnen sich die spezialisierten
Leistungsmesser durch
höhere Genauigkeit, niedrigere
Anschaffungskosten und geringeren
Platzbedarf aus. Was Empfindlichkeit
und Dynamikbereich
angeht, sind Messgeräte nach
dem Empfängerprinzip aber klar
im Vorteil.
Um die Vorzüge beider Welten
zu verbinden, wurde der frequenzselektive
Leistungsmesser
R&S NRQ6 entwickelt
(Bild 1). Er basiert auf dem
Messprinzip des Empfängers,
unterscheidet sich aber deutlich
vom Hardwarekonzept der
bekannten Messempfänger und
Spektrumanalysatoren. Sein
Geheimnis liegt im neuartigen
Systemkonzept und einer ausgeklügelten
digitalen Signalverarbeitung.
Bild 2 belegt den Quantensprung
anhand typischer Eckdaten.
Als Vertreter der Messempfängerwelt
dient ein Mittelklasse-Spektrumanalysator.
Die Daten zeigen, dass der
R&S NRQ6 das Beste aus den
verschiedenen messtechnischen
Ansätzen zusammenbringt.
Mit ihm lassen sich auch sehr
kleine HF-Leistungen schnell
und genau messen. Außerdem
bietet er eine vorzügliche Linearität,
wie sie bisher den besten
konventionellen Leistungsmessern
eigen war.
Technologie
Untere
Messgrenze
Messunsicherheit
(CW)
Absolut Linearität
Anpassung
SWR
Der Sensor kann für verschiedene
Aufgabenbereiche konfiguriert
werden und bietet dann
einstellungsabhängig einen sehr
großen Dynamikbereich, der
den bisherigen Rekord unter
den dedizierten Leistungsmessern
um Größenordnungen
übertrifft. Gleichzeitig bietet er
eine geringe Anstiegszeit und
damit eine hohe Videobandbreite,
wie sie bislang nur von
Spektrumanalysatoren erzielt
wurde. Die Inbetriebnahme
des R&S NRQ6 gestaltet sich
denkbar einfach. Der Sensor
muss lediglich über einen PoE+-
Switch (Power over Ethernet)
ans LAN angeschlossen wer-
Dynamikbereich
Thermisch –35 dBm 55 dB 0,05 dB 0,01 dB < 1,13 – –20 dBm
(R&S NRP18T)
Dreipfad-Diode –70 dBm 93 dB 0,06 dB 0,02 dB < 1,20 5 µs –48 dBm
(R&S NRP8S)
Breitband-Diode –60 dBm 80 dB 0,13 dB 0,04 dB < 1,20 13,3 ns –26 dBm
(R&S NRP-Z81)
Spektrumanalysator
–130 dBm* 160 dB 0,40 dB 0,10 dB < 1,8 N/A –104 dBm
(typ.)
R&S NRQ6 –130 dBm 150 dB 0,08 dB 0,02 dB < 1,20 13 ns –104 dBm
Typ. Wert für Mittelklassegeräte bei 100 Hz RBW. Die untere Messgrenze liegt ca. 10 dB über dem Rauschgrund.
Bild 2: Ein Vergleich der Eckdaten verschiedener Leistungsmessertypen offenbart die Überlegenheit des neuen Konzepts
Anstiegszeit Kleinster Pegel bei einem 2σ-Rausch -
anteil ≤ 0,1 dB und 0,1 s Messzeit
24 hf-praxis Best of 2018

Messtechnik
Best of 2018
Bild 3: Die browserbasierte Bedienoberfläche, hier mit einer Trace-Messung
den. Dann kann von jedem Gerät
mit einem Webbrowser auf das
HTML-GUI zugegriffen werden,
das die Messfunktionen Continuous
Average, Trace und ACLR
zur Verfügung stellt (Bild 3).
Ebenso einfach erfolgt die Einstellung
von Messfrequenz und
Signalbandbreite. Neben der
manuellen Eingabe gibt es die
Möglichkeit, die Einstellung
per Autoset-Funktion automatisch
vornehmen zu lassen.
Falls notwendig, wird selbsttätig
ein 30-dB-Dämpfungsglied
zugeschaltet, sodass der Sensor
immer im optimalen Messbereich
arbeitet.
Continuous-Average-
Leistungsmessung bis
–130 dBm
Schnelle und gleichzeitig genaue
Messungen sind mit herkömmlichen
Dioden-Messköpfen aufgrund
des hohen Rauschanteils
unterhalb von –70 dBm nicht
mehr möglich. Der R&S NRQ6
hat dieses Problem aufgrund
seines Empfängermesskonzeptes
nicht. Denn durch die Bandbegrenzung
reduziert sich gleichzeitig
auch die Rauschleistung.
So kann die Leistung schmalbandiger
Signale bis zu einer unteren
Messgrenze von –130 dBm
schnell und hochgenau bestimmt
werden. Durch die Frequenzselektivität
eignet sich der
R&S NRQ6 hervorragend für
die Messung von Intermodulationsprodukten
wie Harmonischen
sowie für die isolierte Betrachtung
ausgewählter Übertragungskanäle
bis zu einer Bandbreite
von 100 MHz; Nachbarkanäle
werden bei der Messung
dann nicht berücksichtigt. Dies
ist beispielsweise bei Messungen
an Multistandard-Basisstationen
von Vorteil, wenn nur einer von
mehreren Standards von Interesse
ist (Bild 4).
Trace-Messung
Für die Leistungsmessung
an gepulsten Signalen ist der
Trace-Modus gedacht, der das
Signal im Zeitbereich darstellt
(Bild 3). Mit einer Auflösebandbreite
von z.B. 50 MHz
misst der R&S NRQ6 dank
seiner Eigen-Anstiegs-/Abfallzeit
von 13 ns problemlos auch
sehr steilflankige Pulse. Auch
im Trace-Betrieb ist ein Automatik-Modus
wählbar. Dabei
werden Zeit- und Pegelachse
optimal skaliert. Zusätzlich wird
der Trigger-Pegel so eingestellt,
dass eine stabile Signaldarstellung
sichergestellt ist.
ACLR-Messung
Eine Standardmessung im
Mobilfunkbereich ist die ACLR-
Messung (Adjacent Channel
Leakage Ratio). Deshalb ist
diese Messung direkt in der GUI
mit vordefinierten Filtern für
3GPP-Signale konfigurierbar.
Der R&S NRQ6 erreicht eine
ACLR-Performance von typisch
–63 dBc für ein 20 MHz breites
LTE-Signal mit einer Leistung
von –20 dBm.
Bild 4: Die selektive Messung eines Multistandard-Basisstationskanals ist für
den R&S NRQ6 eine leichte Übung.
Getriggerte Messungen
Für getriggerte Messungen
werden immer höhere Messgeschwindigkeiten
über eine längere
Zeitspanne gefordert. Der
R&S NRQ6 verfügt über ein leistungsstarkes
FPGA und einen
großen Speicher, um genau diese
Anforderungen zu erfüllen. So
können innerhalb von 200 ms bis
zu 100000 getriggerte Messwerte
in einem Pufferspeicher abgelegt
und später zum Steuerrechner
übertragen werden. Das entspricht
einer Messgeschwindigkeit
von 500000 Messungen/s.
Automatisches
Frequency Tracking
Bei der frequenzselektiven Leistungsmessung
schmalbandiger
Signale kann es zu störenden
Schwankungen der Mittenfrequenz
kommen. Ist es nicht
möglich, die Quelle mit dem
Referenzfrequenzeingang des
R&S NRQ6 zu verbinden, dann
leistet der Frequency Tracker
gute Hilfe, der das Messfenster
automatisch dem driftenden
Messsignal nachführt.
Spektrumsanzeige im
Signal Check
Da die Leistungsmessung nur im
eingestellten Frequenzbereich
erfolgt, muss die Richtigkeit der
Einstellungen gewährleistet sein.
Über den Signal Check kann das
mit einem Blick überprüft werden.
Er stellt Messsignal, Messbandbreite
und Pegelschranken
grafisch dar, sodass es kein Vertun
gibt (Bild 5).
Applikationen
Der R&S NRQ6 eignet sich
prinzipiell für alle Leistungsmessaufgaben
bis 6 GHz, für
die bisher die klassischen Sensortypen
benutzt wurden. Bei
manchen Anwendungen stechen
seine Vorzüge aber besonders
ins Auge.
Kalibrierung der
Sendeleistung
Für den Abgleich der Ausgangsleistung
von Sendern ist es not-
Bild 5: Der Signal Check zeigt auf einen Blick, ob die Einstellungen zum
Messsignal passen
hf-praxis Best of 2018 25

Messtechnik
Best of 2018
Bild 6: Wird der R&S NRQ6 als HF-Frontend für die Gewinnung von I/Q-Daten
eingesetzt, erfolgt die Auswertung durch ein Analysetool, bei Bedarf auch
programmgesteuert, etwa durch die Testautomationssoftware R&S Quickstep
wendig, einerseits bei höheren
Leistungen den Frequenzgang
zu kompensieren und andererseits
die Linearität bis hin zu
kleinsten Pegeln zu bestimmen.
Hat man bisher verschiedene
Geräte dafür gebraucht, übernimmt
der R&S NRQ6 nun beide
Messaufgaben.
Außerdem kann er ohne zusätzliche
Komponenten wie Kabel
und Splitter direkt an das sendende
Messobjekt angeschlossen
werden, was eine höhere
Stabilität, eine geringere Fehlanpassung
und damit eine höhere
Messgenauigkeit zur Folge hat.
HF-Frontend für die
Vektorsignalanalyse
Der R&S NRQ6 kann als HF-
Frontend für die Messung vektormodulierter
I/Q-Signale dienen.
Mit der Option R&S NRQ6-
K1 lassen sich I/Q-Daten mit
SCPI-Kommandos abrufen und
mittels externer Software demodulieren
und analysieren.
Für die Automation von Messungen
wie EVM oder ACLR
bietet sich die Testmanagement-
Software R&S Quickstep zur
Ansteuerung eines Analyse-
Tools an (Bild 6). ◄
Signalqualitätsanalysator mit verbesserter Hochgeschwindigkeits-Schnittstelle
Die Anritsu Corporation gab
die Freigabe der Option Variable
ISI MU195020A-040/041
für die Erweiterung der Emphasis-Funktion
des Pulsmustergenerators
für die Signalqua-
litätsanalysator-R-MP1900A-
Baureihe, zusammen mit der
USB-Link Training Software
MX183000A-PL022, die den
Receiver-Test über USB3.0/3.1
unterstützt, bekannt.
Hintergrund
Der zunehmende mobile
Datenverkehr und die Verbreitung
von Cloud-Diensten
beschleunigen die Einführung
des 100G/200G/400G-Ethernets
für Netzwerk-Schnittstellen
sowie von PCI Express
Gen 4 und USB3.1 für Bus-
Schnittstellen. Die Auswirkungen
von Übertragungsverlusten
und Rauschen, die sich
aus den schnelleren Signalen
dieser Standards und der Integration
von ICs und Modulen
ergeben, verdeutlichen jedoch
die Bedeutung von Stress-Rx-
Tests, bei denen Signalquellen
mit zusätzlicher Übertragungspfaddämpfung
und zusätzlichem
Rauschen beaufschlagt
werden.
Der MP1900A ist ein leistungsfähiger
Bitfehlerraten-Tester
(BERT), der Design und Test
von Hochgeschwindigkeits-
Schnittstellen, wie z.B. von
100G/200G/400G-Ethernet,
PCI Express, USB und
Thunderbolt, unterstützt. Der
Einsatz der neuentwickelten
Variable-ISI-Option bietet die
Möglichkeit, einfachere und
effizientere Evaluierungen
von Hochgeschwindigkeits-
Schnittstellen, Backplanes und
Kabeln durchzuführen. Zudem
unterstützt die USB-Link-Training-Software
Messungen der
PHY-Schicht von USB3.0/3.1-
Endgeräten mit hoher Reproduzierbarkeit
mittels Steuerung
des MP1900A.
Mit einem integrierten Pulsmustergenerator
(PPG), der
eine 10Tap-Emphasis-Funktion
unterstützt, mit der sich
die Auswirkungen der Übertragungspfaddämpfung
testen lassen,
sowie einer Funktion zur
Jitter- und Rauschbeaufschlagung,
einer hochempfindlichen
BER-Messfunktion und der
Link-Training-Funktion eignet
sich die MP1900A-Baureihe
von Anritsu ideal zum Messen
von Hochgeschwindigkeits-
Schnittstellen.
Die Variable-ISI-Option nutzt
die 10Tap-Emphasis-Funktion
mit hoher und flexibler Signalsteuerbarkeit
zum Emulieren
von CEI-25G/28G-definierten
Signalpfad-Übertragungsdämpfungen.
Diese Signalsteuerbarkeit
kann nicht erreicht
werden, wenn eine Emphasis-Funktion
mit einer geringeren
Anzahl an Taps angewendet
wird. Außerdem ist der
MP1900A von Anritsu in der
Lage, automatisch die Einstellungen
für die Verzerrung zur
Kompensierung dieser Dämpfungen
zu berechnen. Diese
Berechnung erfolgt auf der
Grundlage der Streuparameterdaten
des Übertragungspfades.
Mit diesen neuen Möglichkeiten
lassen sich auf einfache
Weise Testsignale erzeugen,
die die Beeinträchtigungen der
Übertragungspfade emulieren,
sodass die Auswirkungen der
Übertragungspfaddämpfungen
auf die geprüften Endgeräte
einfach und ohne Test verschiedener
Leiterplatten ausgewertet
werden können. So
können Entwicklungskosten
und -zeiten eingespart werden.
Das USB-Link-
Training
ist wichtig für die Messung
von USB-Schnittstellen. Die
integrierte Link-Training-
Funktion unterstützt den
Übergang auf den Geräteevaluierungs-Messmodus,
und
wenn dieser in Kombination
mit der LTSSM-Protokollanalyse
genutzt wird, hilft er die
Zeiten für das Evaluieren von
per USB Device Receivern zu
verkürzen und unterstützt die
kostengünstige All-in-One-
Messung von Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen,
wie
z.B. PCI Express, USB und
Thunderbolt.
■ Anritsu, Corp.
www.anritsu.com
26 hf-praxis Best of 2018

Messtechnik
Super-Phosphor-Oszilloskop mit vier Kanälen
und 300 MHz Bandbreite
Best of 2018
AMC stellte mit
dem SDS2304X ein
vierkanaliges Super-
Phosphor-Oszilloskop
aus der Siglent-
SDS2000-Serie vor.
Das SDS2304X ist ein
qualitativ hochwertiges
Speicheroszilloskop. Es
zeichnet sich besonders
durch die hohe
Abtastrate von 2 GSa/s
und einer Bandbreite
von bis zu 300 MHz
aus.
Es bietet eine gut durchdachte
Bedienung, die zugleich umfangreiche
Komfortfunktionen für
alle Messaufgaben bietet. Die
Menüführung ist dabei intuitiv
gestaltet. Der besonders große
TFT-Farbbildschirm ist sehr gut
ablesbar und durch die intelligente
Ein- bzw. Ausblendung
von Informationen steht ständig
ein maximaler Bereich für
AMC - Analytik & Messtechnik
GmbH Chemnitz
info@amc-systeme.de
www.amc-systeme.de
die Signaldarstellung zur Verfügung.
Die Signalkurven, die
FFT-Anzeige sowie die weiteren
Funktionen können gleichzeitig
im Display angezeigt werden.
Auf die am häufigsten verwendeten
Funktionen kann man mit
dem benutzerfreundlichen Ein-
Tasten-Design zugreifen.
Mehrere Modelle zur
Auswahl
Die SDS-2000X-Serie wird aber
auch infolgenden Ausführungen
angeboten:
• zwei Kanäle
• Bandbreiten von 70, 100, 200
oder 300 MHz
• maximale Abtastrate von
2 GSa/s
• maximale Aufzeichnungslänge
von 140 MBpts.
Die SDS2000X-Serie verwendet
eine neue Generation der SPO-
Technologie. Sie verfügt über ein
innovatives digitales Triggersystem
mit hoher Empfindlichkeit
und geringem Jitter und einer
maximalen Signalaufnahmerate
von 140.000 wfm/s (Normalmodus)
bis zu 500.000 wfm/s
(Sequenzmodus). Das Triggersystem
unterstützt mehrere leistungsstarke
Trigger-Modi, einschließlich
der Triggerung von
seriellen Bussen.
Ein beeindruckendes Spektrum
an Mess- und Rechenfunktionen,
Optionen für einen integrierten
25-MHz-Arbiträrsignalgenerator,
16 digitale Kanäle (MSO)
sowie eine serielle Decodierung
sind ebenfalls Merkmale
der SDS2000X-Serie
Die Features des
SDS2304X
Die Serie verwendet nicht nur die
übliche Intensitätsgradanzeige
Kompakter Netzwerkanalysator
Die äußerst kompakten Netzwerkanalysatoren
der Serie
Compact von Telemeter
Electronic sind flexibel einsetzbar
und optimal auch für
mobile Anwendungen.
Der Frequenzbereich beginnt
bereits bei 9 kHz und reicht
modellabhängig bis zu
8,5 GHz. Der Netzwerkanalysator
überzeugt mit kurzen
mit 256 Stufen, sondern auch
einen Farbtemperatur-Anzeigemodus.
Die Oszilloskope der
Siglent SDS2000X Serie können
auch nach dem Kauf einfach um
einen Einkanal-Funktionsgenerator
mit 25 MHz (125 MSa/s)
und einen 16-Kanal-Logik-
Analyzer erweitert werden. Die
Hardware dazu ist bereits eingebaut,
die Freischaltung erfolgt
per Software Key. ◄
Messzeiten von 70 µs pro
Punkt, bis zu 200.001 Messpunkten
und den 16 einstellbaren
Kanälen. Der Dynamikbereich
beträgt maximal 138
dB. Die VNAs werden über
einen vorhandenen PC, Laptop
oder Tablet-Computer bedient.
■ Telemeter Electronic
GmbH
www.telemeter.info
hf-praxis Best of 2018 27

Messtechnik
Best of 2018
Scope-Tastköpfe in der Praxis
Bild 1: Typischer Verlauf von Betrag des Blindwiderstands der
Eingangskapazität und ohmschem Eingangswiderstand über der Frequenz für
eine 1:10-Probe [2]
„Die Kombination aus Oszilloskop
und Tastkopf stellt bei
Anwendung in Highspeed-Systemen
für den Designer die wichtigste
Entscheidung dar, die er
fällen muss“, wusste man schon
vor Jahrzehnten bei Linear Technology
[1]. Und warnte: „Achten
Sie auf das Verhalten ihres
Scopes bezüglich Eingangsimpedanz,
Rauschen, Übersteuerung,
Darstellungs-Nichtlinearität,
Triggerung, Kanal-zu-Kanal-
Isolation und andere Eigenschaften!
Das Übersehen der
Tastkopfeigenheiten ist die häufigste
Ursache von Oszilloskop-
Fehlmessungen.“ Dieser Beitrag
geht etwas näher auf solche Probleme
ein und stellt beispielhaft
einen modernen, hochwertigen
Tastkopf vor.
Alle Tastköpfe (engl. Probes)
beeinflussen das Signal an dem
Punkt, an dem sie angesetzt werden.
Dabei wirken bei hohen
Frequenzen bzw. Geschwindigkeiten
und „hochohmigen“
Tastköpfen sowohl ein ohmscher
Widerstand als auch eine
beachtliche Kapazität. Hinzu
kommt eine Induktivität durch
die Masseverbindung. Berücksichtigt
man diese Einflüsse nicht
oder schätzt sie nicht richtig ein,
ist ein Messfehler die Folge, der
unvorstellbar groß sein kann.
Falls möglich, sollte man daher
„niederohmige“ Tastköpfe (Nennimpedanz
50 Ohm bis 2 kOhm)
einsetzen; hier sind auch die Eingangskapazitäten
mit 0,1 bis 1 pF
sehr gering. Solche Werte trifft
man auch bei aktiven Tastköpfen
(„FET Probes“) an, die zudem
höhere ohmsche Eingangswiderstände
aufweisen.
Frequenzabhängiger
Eingangswiderstand
Bei allen „hochohmigen“ Tastköpfen
fällt der ohmsche Eingangswiderstand
ab etwa 10
bis 50 kHz mit zunehmender
Frequenz, bei passiven Probes
aufgrund der mit steigender
Frequenz zunehmenden Verluste
in den Kapazitäten, bei
FET Probes zudem noch durch
innere Rückwirkungen. Über
dieses Verhalten wird oft nicht
oder nicht ausreichend informiert,
es kann je nach Qualität
des Tastkopfes mehr oder minder
ausgeprägt sein. Grobe und
„griffige“ Richtwerte für passive
Tastköpfe 1:1 und 1:10 (!) sind
100 kOhm bei 10 MHz bzw. 10
kOhm bei 100 MHz. Bild 1 zeigt
typische Verläufe.
Die 1:10- und 1:100-Tastköpfe
beziehen ihre Berechtigung gegenüber
den 1:1-Tastköpfen im
Hochfrequenzbereich ab etwa
100 kHz vor allem durch ihre
geringere Eingangskapazität,
nicht aber durch den unwesentlich
geringeren ohmschen Eingangswiderstand.
Zu beobachten
ist ein typisches Verhältnis der
Kapazitäten von 5 beim Sprung
um Faktor 10, Richtwerte: 1:1
50 pF, 1:10 10 pF, 1:100 2 pF.
Die 1:100-Tastköpfe haben bei
schnellen Digitalsignalen durchaus
eine Berechtigung, etwa bei
einem 5-V-H-Pegel liefern sie
zwar nur 50 mV an das Scope,
dieses kann einen solchen Pegel
jedoch noch sehr gut darstellen
(etwa mit 10 mV/div).
Einen gewissen Ausweg bieten
hier differentielle Tastköpfe.
Diese kann man sich ja als
Gegeneinanderschaltung zweier
einfacher (unsymmetrischer)
Tastköpfe vorstellen. Daher ist
gegenüber diesen der doppelte
ohmsche Eingangswiderstand
und die halbe Eingangskapazität
zu erwarten. Differentielle Tastköpfe
weisen als weiteren Vorteil
die Möglichkeit des beliebigen
Anschlusses auf, können also
auch in unsymmetrischen Systemen
mit Gewinn genutzt werden.
Dies soll Bild 2 illustrieren.
Niedriger Eingangswiderstand
Wird der ohmsche Eingangswiderstand
von vornherein niedrig
(50 Ohm bis 2 kOhm) ausgelegt,
so lässt er sich über den gesamten
Einsatzfrequenzbereich des
Tastkopfes konstant halten.
Für Frequenzabhängigkeit der
Impedanz sorgt dann praktisch
nur noch die geringe Eingangskapazität.
Man muss hier natürlich
zwei Einschränkungen im
Auge haben: Erstens die hohe
Belastung, sodass die Probe-
Eingangs impedanz möglicht
anstelle einer sowieso vorhandenen
Last platziert werden
sollte. Und zweitens die möglichen
Auswirkungen auf den
Arbeitspunkt, falls keine DC-
Trennung erfolgt. In Bild 3 ist
dieses Problem beispielhaft
anskizziert. Der Eingangswiderstand
der Probe rechts leitet den
gesamten Strom, der sonst durch
den Transistor fließen würde,
nach Masse ab. Der Transistor
wird stromlos.
Wirkung der Eingangskapazität
Die Eingangskapazität hat zwei
negative Wirkungen: Erstens
verursacht sie einen Strom aus
dem Testpunkt, belastet diesen
28 hf-praxis Best of 2018

Messtechnik
Best of 2018
Bild 2: Ausblendung von störenden Einflüssen durch symmetrischen
Messeingang [4]
Bild 3: Einfluss einer hohen DC-Belastung auf den Arbeitspunkt [3]
Bild 4: Sechs Beispiele für Verfälschungen durch unzureichende Masseverbindungen [2]
also, obwohl die Kapazität selbst
natürlich keine elektrische Leistung
in Wärme umsetzt. Dieses
Problem ist besonders bei analogen
Messsignalen störend.
Zweitens bewirkt die Eingangskapazität
eine Verzögerung der
Flanken. Es ergeben sich ja im
Zusammenhang mit den ohmschen
Widerständen (Innenwiderstand
des Messpunkts und
Eingangswiderstand der Probe)
Zeitkonstanten. Bei der Darstellung
digitaler Signale auf dem
Scope-Bildschirm kommt es
daher zu zeitlichen Fehlern (Verzögerungen).
Nach [4] ist für die
Anstiegszeit t rise auch der ohmsche
Eingangswiderstand der
Probe verantwortlich, ist dieser
deutlich größer als der Quellen-
Widerstand, kann man ihn vernachlässigen
und rechnet [2]:
t rise = 2,2 x R Quelle x C ein
Mit 10 kOhm Quellen-Widerstand
sowie 8 pF Eingangskapazität
ergeben sich dann 176
ns. Ein Oszilloskop mit idealem
Eingang oder ein einfacher
RC-Tiefpass hätte dann nach der
bekannten Formel
f -3dB = 0,35/t rise
eine Bandbreite von lediglich
rund 2 MHz. Ein ohmscher Eingangswiderstand
von 1 MOhm
würde einen Anzeigefehler von
1% bei der Amplitude verursachen.
Einfluss der
Masseverbindung
„Sie können sicher sein, dass
die größte Quelle für Fehler die
Masseverbindung (engl. Grounding)
der Probe darstellt.» [1].
Schlechtes Grounding führt zu
Welligkeit (engl. Ripple), insbesondere
bei Signalen mit Flanken
zu Schwingungen (Klingeln,
engl. Ringing) und Diskontinuierlichkeiten
bei der Wiedergabe
der Signalform. Selbst
Auswirkungen auf einen anderen
Scope-Kanal können auftreten
(Ursache: Masseschleife).
Im schlimmsten Fall wird die
Messung völlig verfälscht bzw.
unmöglich.
Bild 4 gibt verschiedene Beispiele
für Verfälschungen durch
unzureichende Masseverbindungen.
Verantwortlich für diese
Probleme ist die unerwünschte
Induktivität der Masseleitung.
Sie wird besonders dann kritisch,
wenn es gilt, Highspeed-
Signale zu messen. Man benötigt
dann einen „schnellen“ Tastkopf
(Fast Probe).
Ein solcher ist an einem mitgelieferten
Satz von Kontaktfedern/Federklemmen
(Spring
Clips) sowie eventuell weiterem
Zubehör zu erkennen, welches
es ermöglicht, die geringst mögliche
Induktivität nach Masse
herzustellen.
Lesen sie den vollständigen Artikel ab Seite 30 unter:
https://webkiosk.epaper-kiosk.beam-verlag.de/7-2018/60238935
hf-praxis Best of 2018 29

Messtechnik
Best of 2018
Freikonfigurierbare Satelliten-Simulatoren
Der Test von GPS-Modulen und -Systemen
ist mit sogenannten Live-Sky-Signalen nur
eingeschränkt und aufwendig zu realisieren.
Zudem ist die Live-Sky-Simulation
kostenintensiv und unflexibel. Abhilfe
schaffen hier die Systeme von Spectracom,
der GSG-5 und der GSG-6. Diese GPS/
GNSS-Systeme sind freikonfigurierbare
HF-Simulatoren mit einer verlässlichen
Hardware, sowie einer Software-Umgebung,
die keine Wünsche für umfangreiche
Testabläufe offen lässt.
Die Spectracom-GSG-5- und -GSG-6-
Serie umfasst GPS/GNSS-Simulatoren
für alle notwendigen Testparameter, die
in der Entwicklung sowie in der Fertigung
notwendig sind. Das Produktspektrum
des GSG-5 oder GSG-6 unterstützt
Kunden in Entwicklungs-, Test- und Produktionsaufgaben
mit dem Ziel, Time-to-
Market-Aspekte kostensparend zu adressieren.
Vorteile eines Spectracom-GSG-
Simulators:
• wiederholbare Tests
• Fehleranalyse bekannter Ereignisse
• individuelle Anpassung der einzelnen
Parameter im laufenden Testszenario
• Simulation der Satelliten-Signalabdeckung
bis hin zum Satelliten-Ausfall
• Rausch- und Sensibilitätstests
■ EMCO Elektronik GmbH
www.emco-elektronik.de
Spektrumanalysator für 10 MHz bis 3,6/6 GHz
Die PSA-Serie von Aim-TTI verfügt über
zwei Modelle mit Bandbreiten von 10 MHz
bis 3,6 GHz bei dem Modell PSA 3605 und
bis 6 GHz bei dem Modell PSA6005. Die
batteriebetriebenen Geräte sind vollwertige
und leistungsfähige Spektrumanalysatoren
für den schnellen und leichten Feldeinsatz.
Das Gehäuse ist für den dauerhaften Einsatz
sehr robust ausgeführt und schützt das 580
g leichte Gerät optimal. Der 3-Ah-Akku
ermöglicht einen Feldeinsatz von mehr als
drei Stunden Dauerbetrieb.
Die Spektrumanalysatoren liegen gut in
der Hand und lassen sich per Tasten und
Touchscreen bedienen. Auf dem hochauflösenden
Display können die Kurven und
Ergebnisse sehr gut abgelesen werden. Mit 2
GB internen Speicher können tausende Wellenformen,
Instrument-Setups oder Screenshots
gespeichert werden. Über den USB-
Port ist es möglich, die Daten zu kopieren
oder als Backup zu speichern.
Weiterhin können Daten über das USB-Interface
mit einem Rechner ausgetauscht und
analysiert werden. Mit der mitgelieferten
PSA-Manger-Software werden die Daten
einfach ausgewertet. Über eine N-Buchse
50 Ohm wird eine passende Antenne oder
die Messleitung angeschlossen.
■ Telemeter Electronic GmbH
www.telemeter.info
Mess-Alleskönner für jedes Labor
Das Moku:Lab vereint bis zu zehn Einzelgeräte
in einem kleinen Gehäuse. Zusätzliche
Anwendungen folgen und werden
einfach über eine kostenfreie App erweitert.
Eine innovative Elektronik macht es
möglich: die Kombination von Oszilloskop,
Spektrumanalysator, Signalgenerator,
Phasemeter, Daten-Logger, Lock-in-
Verstärker, PID-Regler, Bode-Analysator,
Arbiträr-Wellenformgenerator und Digitaler
Filterbox in einem einzigen kompakten
Gerät.
Das Herz des Moku:Lab ist eine flexibel
programmierte und konfigurierbare Elektronik
mit allen nötigen Anschlüssen. Auswahl,
Bedienung, Steuerung und Wechsel
der Instrumente erfolgt ganz einfach über
die entsprechende App auf dem mobilen
Apple-Tablet. Das Apple-Tablet lässt sich
über den integrierten WLAN-Router mit
dem Moku:Lab verbinden. So kann der
Nutzer sich mit dem als Anzeige dienenden
Tablet frei im Labor bewegen und
hat dennoch die Messergebnisse stets im
Blick. Alternativ lässt sich das Gerät auch
über die Computersoftware Python, Mat-
Lab und LabVIEW bedienen. Für sensible
Bereiche kann der integrierte LAN-
Anschluss eine direkte Verbindung zwischen
Gerät und Tablet herstellen, und ein
SD-Karten-Slot sorgt für eine sichere und
vielfach einsetzbare Datenaufzeichnung.
Diverse analoge und digitale Anschlüsse
für Ein- und Ausgang der Daten ergänzen
die flexible Anwendung des Geräts.
Zukünftig werden weitere Features und
Anwendungen über ein einfaches regelmäßiges
Update der App im jeweiligen
App-Store kostenfrei bereitgestellt.
■ Laser 2000 GmbH
info@laser2000.de
www.laser2000.de
30 hf-praxis Best of 2018

Antennen
Mehrantennen-Systeme und Raumdiversitäts-
Verfahren im Überblick
Die Verwendung von
mehreren Antennen
bei Sender und/
oder Empfänger hat
in der modernen
Funkkommunikation
große Verbreitung
gefunden.
Best of 2018
Bildquelle: IT Wissen
Es sind drei Verfahren möglich:
SIMO (Single Input Multiple
Output), MISO (Multiple Input
Single Output) und MIMO (Multiple
Input Multiple Output).
Mehrantennen-Systeme nutzen
Raumdiversitäts-Techniken
wie SC (Switches bzw. Selction
Combining), STC (Space Time
Coding), EGC (Equal Gain
Combining) und MRC (Maximum
Ratio Combining). Unser
Beitrag verschafft Transparenz
und stellt dazu die Systeme und
Verfahren etwas näher vor.
Ein Mehrantennenkonzept verspricht
zwei grundsätzliche Vorteile:
Erstens nehmen mehrere
Antennen mehr Energie aus dem
elektromagnetischen Feld auf
(Gruppengewinn). Dann ist bei
stark verschiedener Mehrwegeausbreitung
das Fading an den
einzelnen Antennen statistisch
unabhängig und somit die Wahrscheinlichkeit,
dass alle Antennen
gleichzeitig von Fading
betroffen sind, sehr gering
(Diversitätsgewinn). Weiter kann
man eventuell noch eine bessere
Störerunterdrückung (Interferenz-Unterdrückungsgewinn)
und höhere Übertragungsraten
(Multiplexgewinn) erlangen.
SIMO
Eine Erhöhung der Empfangsfeldstärke
kann durch zwei
oder mehr Empfangsantennen
erfolgen. Man spricht dann von
Single Input Multiple Output
(SIMO). Das ist auch als Empfangsdiversität
(Receive Diversity)
bekannt. Man nutzt das
Verfahren schon lange beim
Kurzwellenempfang, um die
störenden Effekte von ionosphärischem
Fading und Interferenzen
zu mindern. SIMO
hat den Vorteil, dass es relativ
einfach zu implementieren ist,
weist aber auch einige Nachteile
bezüglich der Verarbeitung
der Signale auf. Dennoch
ist die Nutzung von SIMO in
vielen Anwendungen akzeptabel,
wenn aber der Empfänger
mobil ist, setzten in aller Regel
Größe, Kosten und Batteriebeanspruchung
enge Grenzen.
Es gibt zwei Formen, in denen
man SIMO nutzen kann:
• Switched Diversity SIMO
Hier schaut der Empfänger
gewissermaßen auf das stärk-
hf-praxis Best of 2018 31

Antennen
Best of 2018
SNR
Empfangene Signale A und B
Switched Diversity
Maximum Ratio Combining
Zeit
C = max (A, B) C = (A + B)
Vergleich zwischen Switched Diversity und Maximum Ratio Combining bei einem Empfänger mit zwei Antennen (Quelle: [2])
ste Signal und schaltet auf die
entsprechende Antenne.
• Maximum Ratio Combining
SIMO
Hier nutzt SIMO alle Signale
und kombiniert sie auf intelligenteste
Weise.
Obwohl schon seit langem
bekannt und angewandt, bewährt
sich SIMO doch auch in fortschrittlichen
Konzepten, etwa
beim Cognitive Radio [1].
Der Gruppengewinn steigt mit
der Anzahl von Empfangsantennen.
Mit einer Verdoppelung
der Antennen erreicht
man maximal 3 dB. Bedingung
ist immer: Die empfangenen
Funksignale müssen
phasenrichtig addiert werden,
man spricht von Spatial Combining.
Dazu muss man meist
mindestens ein Verzögerungselement
in die Signalverarbeitung
einbauen.
Die Funkstationen dürfen
nicht zu dicht beieinander
stehen. Die Grenze liegt in
der Breite der Hauptkeule im
Richtdiagramm.
MISO
Werden anstelle einer mehrere
Sendeantennen zur Abstrahlung
des HF-Signals eingesetzt, heißen
die Antennensysteme Multiple
Input Single Output (MISO).
MISO ist auch als Sendediversität
(Transmit Diversity) bekannt.
Das selbe Signal wird zeitgleich
von zwei oder mehr Sendern
abgestrahlt. Der Empfänger ist in
der Lage, aus diesen Signalen ein
besseres Signal herzustellen, und
zwar besser als das beste Einzelsignal.
Falls dieses jedoch den
Gruppengewinn- und Diversitätsgewinn
Zum Diversitätsgewinn:
Funklöcher entstehen meist
dadurch, dass sich die elektromagnetischen
Wellen des
ursprünglichen Signals und
die des reflektierten Signals
gegenseitig auslöschen. Die
Entstehung von Funklöchern
ist nicht nur von der Umgebung,
sondern auch von deren
Veränderung abhängig. Um zu
vermeiden, dass ein Funksystem
durch Funklöcher Empfangsprobleme
bekommt,
arbeitet man mit mehreren
Sende- und Empfangsantennen.
Es genügen schon zwei
Antennen, um einen Diversitätsgewinn
von mehreren
Dezibel zu erreichen.
Qualitätsanforderungen auf der
Empfangsseite entspricht, wird
nur dieses empfangen.
Der Vorteil bei der Anwendung
des MISO-Verfahrens ist die
Redundaz des ausgegebenen
Signals. Diese wird allerdings
nur dann erreicht, wenn sich
die Ausbreitungswege deutlich
unterscheiden. Denn nur dann
ist davon auszugehen, dass eine
Störung nur bei einem dieser
Wege auftritt. Das MISO-Prinzip
schöpft seine Berechtigung
daraus, dass es umso sinnvoller
ist, je mehr Empfänger zu bedienen
sind. Die Investitionen für
den besseren Empfang müssen
nur einmal auf der Senderseite
erfolgen, während die vielen
Empfänger mit einfacheren
Strukturen auskommen und
dennoch eine hohe Datensicherheit
erreicht wird. Das zahlt sich
besonders aus, wenn der Empfänger
mobil ist, denn dann sind
Größe, Kosten und Batteriebeanspruchung
besonders kritische
Faktoren.
MIMO = Space Time
Coding
Werden sowohl für die senderseitige
Abstrahlung als auch
für die Empfangsseite mehrere
Antennen eingesetzt geht es um
Multiple Input Multiple Output
(MIMO). MIMO schöpft seine
Vorteile aber nicht allein daraus,
sondern erhöht durch eine intelligente
Empfangssignalverarbeitung
auch den Datendurchsatz.
MIMO wurde entwickelt seit
dem Ausbau der Mobilfunknetze
zu Breitbandnetzen und stellt ein
Verfahren dar, welches die Funktechnik
grundlegend verbessert.
Im Modulationsschema wird der
bis dahin üblichen Frequenz-
Zeit-Matrix eine dritte Dimension,
der Raum, hinzugefügt.
Man spricht von Space Time
Coding. Dabei sendet man das
Datensignal über mehrere Antennen.
Gleichzeitig werden auch
mehrere Empfangsantennen
verwendet. Die signalverarbeitende
Empfangseinheit bekommt
durch mehrere Funksignale eine
räumliche Information. Denn bei
zwei Antennen trifft das selbe
Funksignal aus zwei verschiedenen
Richtungen beim Empfänger
ein. Jedes eingehende
Funksignal besitzt in der Regel
seinen „räumlichen Fingerabdruck”
(Spatial Signature). Der
Empfänger setzt die Signale wieder
passend zusammen. Dadurch
verbessert sich die Leistung des
ganzen Funksystems erheblich:
Das Space Time Coding erhöht
bei geringer Bitfehlerhäufigkeit
die Datenrate in einer gegebenen
Bandbreite deutlich. Gegenüber
anderen Mehrantennenverfahren
wird die Zuverlässigkeit einer
Verbindung deutlich erhöht,
nicht aber die mittlere Kanalkapazität.
MIMO-Systeme
passen die Übertragung an die
Eigenschaften des Funkkanals
an. Sie besitzen dazu komplexen
Sende- und Empfangssy-
32 hf-praxis Best of 2018

Antennen
steme und benötigen eine hohe
Rechenleistung. Zwecks optimaler
Leistungsfähigkeit werden
Antennen immer paarweise eingesetzt.
Dadurch vereinfachen
sich die MIMO-Signalverarbeitungs-Algorithmen,
und der
Rauschabstand wird minimal.
Die Übertragungsrate lässt sich
mit der Anzahl der Sendeantennen
linear erhöhen. Das Trennen
der einzelnen Signale ist
eine einfache lineare Matrizenrechnung,
die von leistungsfähigen
Prozessoren ausgeführt
wird. Rein theoretisch ließe sich
die Übertragungskapazität ins
Unendliche steigern. Praktisch
sind bis zu je vier Antennen
üblich, je acht Antennen gelten
als sinnvolles Maximum.
Raumdiversität
(Space Diversity)
Typisch für Funkwellen ist
die Mehrwegeausbreitung
infolge von Reflektionen etwa
am Erdboden oder an leitenden
Gebäudeflächen und/oder
infolge von Abschattungen
an Wänden (z.B. WiFi) und
Gebäuden (z.B. Mobilfunk).
Dabei trifft das Funksignal
aus verschiedenen Richtungen
mit unterschiedlichen Laufzeiten
beim Empfänger ein.
Störend sind besonders die
unterschiedlichen Laufzeiten
und somit Phasenlagen. Je
höher die Signalfrequenz ist,
umso kleiner ist ein Funkloch,
denn die Entfernung zwischen
Minimum des Gesamtsignals
(Zentrum des Funklochs)
und bestmöglichem Empfang
(Maximum) wird durch
die Wellenlänge des Signals
bestimmt. Beim UKW-Radio
beträgt die Wellenlänge etwa
3 m, beim 2,4-GHz-WLAN
etwa 12,5 cm. Typische Funklöcher
haben in etwa diese
Durchmesser. Intelligente
Signalaufbereitungen von
Diversity heißt u.a. Vielfalt.
Antennensysteme mit mehreren
Empfangsantennen setzen
Raumdiversität voraus, sprich
verschiedene Techniken, bei
denen das gleiche Funksignal
über unterschiedliche Funkwege
zur Empfangseinheit übertragen
wird. Dabei geht es darum, die
von den verschiedenen Antennen
empfangenen Signale so zu kombinieren,
dass dem Receiver ein
optimales Empfangssignal zur
Verfügung steht. Da die Funksignale
mit unterschiedlichen
Phasenlagen und Empfangssignalstärken
an den Antennen
anliegen, muss dies berücksichtigt
bzw. ausgenutzt werden. Das
relativ einfache Switched Combining
(SC, besser SwC) arbeitet
solange mit einer Antenne, bis
die Eingangsfeldstärke unter
einen Grenzwert sinkt. Danach
schaltet das System auf eine
andere Antenne mit höherer
Feldstärke um. Wenn ein solches
System mit drei Anten-
Interferenz-Unterdrückungsgewinn
und Multiplexgewinn
mehreren Antennen können
Funksignale aus bestimmten
Richtungen ausblenden und
so die gesamte Signalqualität
erhöhen.
Der Multiplexgewinn begründet
die Effizienz des MIMO-
Verfahrens vor allem in einer
Umgebung mit erhöhter
Mehrwege-Ausbreitung.
MIMO ist immer dann von
Vorteil, wenn Sender und
Empfänger keine direkte
Sichtverbindung haben und
die Übertragung auch über
Reflektionen erfolgt. Während
bei einem herkömmlichen
Einantennensystem, wie etwa
einem einfachen WLAN nach
IEEE 802.11g, bei guter Verbindung
auf Anwendungsebene
3 MByte/s übertragen
werden, erreicht man bei
einem MIMO-System mit nur
zwei Antennen schon rund 4
MByte/s. Und bei drei Antennen
auf Empfänger- und Senderseite
kann man mit einer
möglichen Verdoppelung der
Datenrate rechnen.
nen arbeitet, verbessert sich
der Antennengewinn um 2,6
dB. Das Selection Combining
(SC, besser SeC) benutzt den
Kanal mit dem besten Signal-
Rausch-Verhältnis. Beim oben
näher erläuterten Space Time
Coding (STC), das beispielsweise
in Mobile-WiMAX zum
Einsatz kommt, wird die Störbeeinflussung
reduziert. Eine
schwierigere Space-Diversity-
Technik ist das Equal Gain Combining
(EGC). Hierbei werden
die diversen Empfangssignale
in eine einheitliche Phasenlage
verschoben, und dann werden
sie addiert, sodass sich ein Maximum
für die Summe ergibt.
Das Maximum Ratio Combining
(MRC) ist die Technik mit den
besten Ergebnissen, allerdings
auch die aufwendigste. Die von
den einzelnen Antennen eines
Antennen-Arrays empfangenen
Funksignale werden separat nach
einem bestimmten Algorithmus
verarbeitet, der dabei das Signal/
Rausch-Verhältnis berücksichtigt.
Und neben der Phasenangleichung
und der Symbolkorrektur
wie beim EGC-Verfahren
gibt es hier noch eine Gewichtung
der einzelnen Signale. So
werden Signale mit hohem Störspannungsabstand
höher gewichtet
als solche mit niedrigerem.
Das verarbeitete Signal ist eine
konsequent optimierte Kombination
aus allen Einzelsignalen.
Mit dem MRC-Verfahren wird
sowohl das Signal/Rausch-Verhältnis
verbessert als auch die
Fehlerrate verringert. Es lässt
sich mathematisch nachweisen,
dass MRC das Signal bis zu seinem
Originalzustand wieder herstellen
kann. Generell ist festzustellen,
dass die Raumdiversität
in erster Linie von der Anzahl
der Antennen abhängt und dass
mit den Antennen-Selektionstechniken
eine merkbare Verbesserung
erreicht werden kann.
Last not least:
Beamforming
Strahlungsformung wird bei
Mehrantennen-Systemen immer
wichtiger, da die Störproblematik
immer brisanter wird. Im
Grunde versucht man, mithilfe
eines sogenannten Beamforming
Networks das Strahlungsprofil
einer Antenne einer beliebig
gestalteten geometrischen Kontur
anzupassen. Zuvor muss der
Winkel bestimmt werden, in dem
sich der Empfänger befindet.
Dazu wird das Funksignal in verschiedene
Richtungen gesendet.
Da in WLANs nach IEEE 802.11
jedes Datenpaket vom Empfänger
bestätigt werden muss,
erkennt hier der Sender, wie stark
seine Gegenstelle ihn empfangen
kann. Die entsprechende Information
wird als RSSI (Received
Signal Strength Indication)
übertragen. Natürlich erkennt
der Sender so auch, in welcher
Richtung sich der Empfänger
befindet, nämlich in Richtung
des am besten ankommenden
Signals. Auch beim Beamforming
gilt es, die Vorschriften
für die maximal erlaubte Sendeleistung
(äquivalente isotrope
Sendeleistung, EIRP) einzuhalten.
Deshalb muss die Sendeleistung
auf alle Antennen aufgeteilt
werden.
Sind die Antennen in einem
Abstand von einer halben Wellenlänge
angeordnet, dann eignet
sich diese Antennengruppe
für das Beamforming. Ist der
Abstand zwischen den Antennen
größer, dann eignet sich
die Gruppe (auch) für Raumdiversitäts-Verfahren.
Nutzt man
zwei Gruppen, eine für Strahlformung
und eine für Diversity,
dann kann man beide Techniken
miteinander kombinieren. In diesem
Fall profitiert man praktisch
von Situationen, in denen eine
Sichtverbindung zwischen den
Stationen besteht und gleichzeitig
aber auch eine Mehrwegeausbreitung
(Multipath Propagation)
durch ungünstig platzierte Stationen
erfolgt.
FS
Quellen:
[1] Iqbal Hasan Haider, MD.
Fazla Rabby: Performance Analysis
of Cognitive Radio Network
over SIMO System
[2] Josef Kiermaier: Von SISO
bis MIMO – alles nutzen, was die
Luftschnittstelle bietet (Rhode
& Schwarz)
Best of 2018
hf-praxis Best of 2018 33

Antennen
Best of 2018
Kompaktantenne bietet Gewinn für GNSS-Signale an problematischen Standorten
Antenova, Ltd. stellte auf Embedded World
eine neue Kompaktantenne vor, die aktive
All-in-One-GNSS-Antenne M20047-1.
Damit wird dem vorhandenen Sortiment
an Positionierungsantennen und -modulen
eine weitere Option hinzugefügt. Die
M20047-1 wird im 1559...1609-MHz-
Band betrieben und bietet Designern eine
nützliche Platz sparende Option für kleine
Tracking-Geräte.
Zu ihren wesentlichen Merkmalen gehören
die aktiven Komponenten, der integrierte
rauscharme Verstärker (LNA) und
Filter, die das Signal zum GNSS-Rechner
in Umgebungen mit beschränkter Sichtverbindung
auf den Himmel und problematischer
Sichtlinie zum Horizont verstärken.
Da LNA und Filterung bereits in
der Antenne integriert sind, müssen diese
nicht hinzugefügt werden, was zu Platzeinsparungen
auf der Platine führt.
Die M20047-1 ist eine robuste FR4-Flachantenne
mit geringen Abmessungen
von 7 x 7 x 1,1 mm, was sie ideal zur
Verwendung in kleinen Trackinggeräten
macht. Sie eignet sich zum Tracking aller
Arten von bewegten Objekten, Telematiksystemen
und tragbaren Sportgeräten.
Die M20047-1 Antenne trägt den Namen
„Active Sinica“ und stellt eine Alternative
zur bestehenden „Sinica“-Antenne
von Antenova SR4G008 dar, die auf dem
Markt für zuverlässige Positionierungsanwendungen
angeboten wird. Die Antennen
von Antenova wurden eigens für einfache
Integration entwickelt, das Unternehmen
bietet Kunden aber auch einen kompletten
technischen Service zur Unterstützung bei
allen Aspekten des Testens, Einstellens und
der Integration der Antennen.
■ Antenova, Ltd.
www.antenova-m2m.com
Dual Sector Antennas
KP Performance Antennas
announced a line of high-gain,
dual-band sector antennas for
use in wireless networks. This
line of dual sector antennas is
made up of seven models, each
consisting of two or more sector
antennas inside a single, rugged
radome. The single mounting
point of these antennas reduces
inches on the tower, halves the
tower rental costs and lowers
wind resistance. They also provide
a rapid upgrade path to add
frequency bands without installing
more infrastructure. These
antennas are offered with four
or eight ports and support 2x2,
4x4 and 8x8 MIMO, depending
on the model.
The straight-on models in this
line provide two forward-facing,
high-gain, 65° or 90° sector
antennas in a single radome,
one for each frequency band and
come in frequency combinations
of 2 GHz/3 GHz, 2 GHz/5 GHz,
3 GHz/5 GHz or 5 GHz/5 GHz.
They have clean patterns and
provide complete 360° coverage
while minimizing interference.
Plus, they come with mounting
space for two ePMP radios,
have four N-Type female connectors
and hot dip galvanized
steel sector brackets. These
antennas are ideal for point-tomulti-point
applications using
many of the popular radios in
the WISP market.
■ KP Performance Antennas
www.kpperformance.com
4x4 MIMO Sector
Antennas Offer 120°
Beamwidth
RFMW, Ltd. announced design
and sales support for 4x4
MIMO/MANET sector antennas
from Southwest Antennas.
The 1009-036 is a quad polarized
design while the 1009-34
is a dual polarized design. Both
antennas offer 12 dBi of gain
and handle 50 W of RF power.
Integral mounts offer 0 to 15
degrees of adjustable elevation
downtilt in 2.5 degree increments.
The four input connectors
are Type N female and the
radome is made of white, UV
stable Kydex. Model 1009-036
supports frequencies from 4.4 to
5 GHz. Model 1009-34 supports
2.2 to 2.5 GHz. Used in base station
infrastructure applications
and Mesh network radios, these
antennas come complete with
hardware for mounting to one or
two inch diameter poles.
■ RFMW, Ltd.
www.rfmw.com
Compact 2x2 MIMO
Sector Antennas for
S and C Bands
RFMW, Ltd. announced design
and sales support for Southwest
Antennas’ 2x2 sector antennas
for MIMO/MANET radio
systems. The 1055-345 is designed
for Federal Law Enforcement
C-Band frequencies from
4.4 to 5 GHz. Model 1055-346
covers Federal Law Enforcement
S-Band frequencies from
2.2 to 2.3 GHz. Both antennas
offer 10 dBi minimum gain and
handle RF power levels up to 50
W. These 2x2 antennas offer 56°
of azimuth beamwidth featuring
a dual polarized design with 1x
45° slant left and 1x 45° slant
right. The polarization and spatial
diversity provided by 45°
left/right slant elements within
the radome offers better RF link
capability in congested RF environments
and higher data/voice
throughput versus standard vertically
polarized antennas. Input
connectors are TNC female and
radomes are made of white, UV
stable Kydex. Ideal for federal
law enforcement, Homeland
Security, and NATO users,
applications include MIMO/
MANET mesh radio systems,
wireless infrastructure base stations,
city wide and urban area
mesh radio networks, emergency
management and rapid deploy
networks for event management
and security.
■ RFMW, Ltd.
info@rfmw.com
www.rfmw.com
34 hf-praxis Best of 2018

Antennen
GNSS-Triple-Band-Antenne
Mit der TW7972 bietet Tallysman
eine GNSS-Triple-Band-
Aktivantenne mit Magnetfuß für
Applikationen mit hohen Anforderungen
an die Genauigkeit von
empfangenen Satellitensignalen.
Die Grundlage für die exzellenten
Empfangseigenschaften
und die hohe Genauigkeit
von Antennen des Herstellers
Tallysman liegt in der patentierten
Accutenna-Technologie.
Basis ist ein dual gespeistes
Patch-Element, bestehend aus
zwei orthogonal angeordneten
Einzelstrahlern. Das einzigartige
Design ermöglicht eine
effiziente Unterdrückung von
Störungen und eine gleichbleibende
Qualität von empfangenen
Nutzsignalen über die gesamte
Bandbreite. Eine hervorragende
Multipath-Unterdrückung, ein
geringes Axial-Verhältnis und
eine hohe Phasenstabilität sind
weitere Merkmale dieser Technologie.
Das Endergebnis ist
eine Genauigkeit von wenigen
Zentimetern (in Abhängigkeit
vom verwendeten Empfänger).
Typische Anwendungen:
• Triple-Band-RTK-Empfänger
• Drohnen, UAV
• Landwirtschaft
• Militär und Sicherheitstechnik
• Vermessungs- und Monitoringsysteme
Wesentliche Eigenschaften:
• GPS L1/L2/L5, Glonass G1/
G2/G3, Galileo E1/E5a+b
und BeiDou B1/B2
• Axial-Ratio

Antennen
Best of 2018
Die wichtigsten Antennenkennwerte im
Überblick
Was ist der Unterschied
zwischen Richtfaktor
und Gewinn einer
Antenne? Wie soll
ich mir die effektive
Länge oder Höhe und
die Wirkfläche einer
Antenne vorstellen?
Wie definiert man
die Bandbreite einer
Antenne? Und was
sollte ich über das
Gütemaß einer
Antenneneinheit
wissen? Auf diese und
ähnliche Fragen finden
Sie hier Antworten.
Auch die LTE-MIMO-Mobilantenne vom Typ 4465 beruht auf der traditionellen Antennentechnik (Werksbild)
Es sind einzig und allein die
Antennen, welche die Funktechnik
auszeichnen, ansonsten
beruht diese technische
Disziplin auf Elektrotechnik,
Elektronik und Hochfrequenztechnik.
Antennen sind im
Grunde reine passive Gebilde
– Aktivantennen oder Systeme
mit Parabol reflektoren bringen
lediglich einen Verstärker nahe
an den passiven Teil – und dennoch
durch eine Vielzahl mehr
oder weniger leicht zu durchschauender
Parameter gekennzeichnet.
So könnte man sich
von geometrischen Begriffen
verblüffen lassen, und in der Tat
werden diese manchmal nicht
richtig interpretiert. Antennenkennwerte
haben jedoch einen
hohen praktischen Stellenwert.
Hier werden sie darum gut verständlich
vorgestellt.
Richtfaktor, Gewinn
und Wirkungsgrad
Bild 1: Beziehung zwischen den beiden üblichen Gewinn-
Referenzmöglichkeiten [1]
Antennen können bekanntlich
Strahlungsleistung bündeln wie
eine Taschenlampe das Licht.
Die gleichmäßig in alle Richtungen
(isotrop) strahlende
Antenne ist praktisch weder
realisierbar noch erwünscht.
Wie konsequent die gerichtete
Abstrahlung erfolgt, wird in
der Antennentheorie mit dem
Richtfaktor beschrieben. Er sagt
aus, um wie viel höher die Feldstärke/Strahlungsdichte
einer als
ideal (verlustlos) angesehenen
Antenne in Vorzugsrichtung
gegenüber einem mit gleicher
Leistung gespeisten idealen
Halbwellendipol oder isotropem
Strahler (auch Kugelstrahler
genannt) im Fernfeld ist. Je
höher der Richtfaktor, umso
konzentrierter die Abstrahlung.
Sogenannte Nebenkeulen oder
Nebenzipfel, also weitere, aber
unerwünschte Abstrahlungen,
mindern den Richtfaktor. Dieser
kann nur null oder positiv sein.
Einige Richtfaktoren:
• Kugelstrahler 1
• sehr kurzer Dipol 1,5
• Hertzscher Dipol
(Elementardipol) 1,5
• Halbwellendipol 1,64
• Ganzwellendipol 2,41
• sehr kurze Vertikalantenne 3
• Viertelwellen-
Vertikalantenne 3,28
Man beachte die doppelten Werte
der Vertikalantennen gegenüber
den Dipolen! Die kürzeren
Antennen versprechen also
mehr Gewinn. Das ist der um
die Antennenverluste ermäßigte
Richtfaktor; man drückt ihn in
aller Regel in Dezibel aus. Da
hier also etwas Reales mit etwas
Idealem verglichen wird, sind
durchaus auch negative Dezibel-
Angaben möglich.
Der Gewinn einer Antenne ist
also das „Mehr“ (oder „Weniger“)
an Strahlungsleistung
(Sendefall) oder elektrischer
Ausgangsleistung (Empfangsfall)
in Vorzugsrichtung gegenüber
einer idealen Vergleichsantenne.
Um diese nicht immer
nennen zu müssen, hängt man an
das dB ein d (Dipol) oder ein i
(Isotropstrahler) an. Der Halbwellendipol
hat gegenüber dem
Kugelstrahler 2,15 dB Gewinn.
Bild 1 visualisiert das. Eine
Antenne mit z.B. 10 dBd hat
also 12,15 dBi. Trifft man in
Katalogen oder Anzeigen allein
auf dB, sollte man immer von
dBi ausgehen. Oder es hilft ein
Vergleich mit ähnlichen Antennen.
Die Gewinne etwa gleich
aufgebauter Antennen unterscheiden
sich nicht wesentlich.
Schließlich: Gewinnmessungen
bergen diverse Unsicherheiten.
36 hf-praxis Best of 2018

Antennen
Bild 2: Horizontaldiagramm einer Lang-Yagi-Antenne mit 27° Öffnungswinkel [2]
In gewissem Maße fehlerhafte
Angaben kann man nicht immer
ausschließen.
Setzt man Richtfaktor und
Gewinn ins Verhältnis, erhält
man den Wirkungsgrad der
Antenne, also das Verhältnis
von abgestrahlter zu zugeführter
Leis tung. Aufgrund verschiedener
Verlustmöglichkeiten sollte
man sich hier keinen Illusionen
hingeben, 60...70% sind meist
realistisch, aber auch nur dann,
wenn es sich nicht um elektrisch
kurze Antennen handelt.
Die Öffnungswinkel,
Basis für den Gewinn
Das Strahlungsverhalten einer
Antenne lässt sich vollständig
mit einer 3D-Darstellung charakterisieren.
Antennen-Simulationsprogramme
liefern diese.
Doch bereits das zweidimensionale
horizontale und vertikale
Richtdiagramm – für Rundstrahler
genügt nur dieses – charakterisieren
eine Antenne oft schon
ausreichend. Aus diesen Diagrammen
lassen sich Öffnungswinkel
ableiten, welche in zwar
geringerem, aber immer noch
wertvollem Maße die Richteigenschaften
kennzeichnen. Als
Öffnungswinkel bezeichnet man
den Winkel zwischen den beiden
Richtungen, bei denen die Leistung
um 3 dB gegenüber dem
Maximum gesunken ist. Statt
Öffnungswinkel sagt man daher
auch Halbwertsbreite (Bild 2).
Allein aus den Öffnungswinkeln
kann man mit einer einfachen
Näherungsmethode nach Kraus
auf den Richtfaktor D schließen:
D ≈ 41.253/(vertikaler x horizontaler
Öffnungswinkel)
Das Grad entfällt hier bei den
Winkelangaben. Die Näherungsformel
ist auf Antennen
beschränkt, welche eine nicht zu
schmale Hauptkeule und keine
Nebenzipfel haben. Die Näherungsmethode
nach Dombrowski
und Orr ergibt einen deutlich
höheren Richtfaktor:
D ≈ 52.532/(vertikaler x horizontaler
Öffnungswinkel)
Kennt man D und den Antennenwirkungsgrad,
hat man den
Gewinn. Dieser ist noch weniger
aussagekräftig als die Winkel,
da ein bestimmter Gewinnwert
durch eine Vielzahl von
Winkelkombinationen gebildet
werden kann. Zur Ermittlung
des Gewinns G von Drahtantennen
hat sich die folgendermaßen
modifizierte Kraus-Formel
etabliert:
G in dBd ≈ 10 log 25.154/(vertikaler
x horizontaler Öffnungswinkel)
Als Beispiel seien Öffnungswinkel
von 25 und 30° angenommen:
G in dBd ≈ 10 log 25.154/750 ≈
10 log 33,54 ≈ 15,3
Das harmoniert perfekt mit dem
Diagramm in Bild 3, welches auf
der Formel beruht. Doch Achtung:
Formel und Diagramm
gelten nur für Antennen ohne
Neben- und Rückwärtskeulen!
Daher ist der damit ermittelte
Gewinn für Antennen mit diesen
Effekten 1 bis 2 dB zu hoch.
Mikrowellenantennen haben
praktisch keine Neben- und
Rückwärtskeulen und Öffnungswinkel
von wenigen Grad. Beispielsweise
hat eine Offset-Parabolantenne
für Sat-Empfang mit
57 cm Durchmesser Halbwertsbreiten
unter 3° und gemäß Formel
einen Gewinn um 34,5 dBd
bzw. 36,6 dBi. Das entspricht
auch den Tatsachen, sodass sich
der von Kraus angenommene
Wirkungsgrad auch bei solchen
Antennen bewährt.
Für die näherungsweise Ermittlung
der Halbwertsbreite einer
Parabolantenne gilt die Formel:
21°/(Frequenz in GHz x Durchmesser
in m)
Diese führt beispielsweise bei
Sat-Antennen (12 GHz) zu folgenden
Richtwerten:
• 60 cm Durchmesser, Gewinn
36 dBi: Halbwertsbreite 3°
• 85 cm Durchmesser, Gewinn
38 dBi: Halbwertsbreite 2°
• 1,2 m Durchmesser, Gewinn
42 dB, Halbwertsbreite 1,5°
Wird die kleinste (größte)
Antenne um 1,5° (0,75°) falsch
ausgerichtet, ist die Signalleistung
3 dB schwächer als das
mögliche Maximum.
Das Vor/
Rück-Verhältnis
Bei Richtantennen wird noch
eine weitere Eigenschaft (meist
in dB) angegeben: das Vorwärts/
Rückwärts-Verhältnis, kurz Vor/
Rück-Verhältnis genannt. Dafür
gibt es zwei Definitionen:
1. Das Vor/Rück-Verhältnis
drückt aus, wie viel mal mehr
Spannung bzw. Leistung die
Antenne in der Hauptstrahlrichtung
gegenüber der umgekehrten
Richtung bringt.
2. Das Vor/Rück-Verhältnis ist
die Relation zwischen der Spannung
bzw. Leistung in Hauptstrahlrichtung
zum Mittelwert
aller Nebenzipfel-Spannungen
bzw. -Leistungen im hinteren
Bild 3: Bei diesem Gewinnermittlungs-Diagramm sind die im Text genannten
Einschränkungen zu beachten
Best of 2018
hf-praxis Best of 2018 37

Antennen
Best of 2018
Bild 4: Praktisch kaum Ergebnisunterschiede zwischen den beiden
Möglichkeiten, das Vor/Rück-Verhältnis zu bestimmen
horizontalen Winkelbereich
±90° oder einem Teil davon.
Die erste Definition ist einfach,
da Leistungen aus zwei festen
Richtungen verglichen werden.
Bei der zweiten Definition
muss ein Bereich mit vermeintlichen
Maxima „abgefahren“
werden, deren Mittelwert man
dann bildet. Leider lohnt sich
dieser Aufwand praktisch nicht.
Denn beispielsweise fünf hintere
Nebenkeulen würden lt.
Definition das gleiche Ergebnis
liefern wie nur eine, wenn sie
alle gleich groß sind (Bild 4).
Und: Das Vor/Rück-Verhältnis
ist für die Praxis ähnlich aussageschwach
wie der Gewinn.
Denn wie es definiert wurde, ist
meist nicht bekannt. Das unterstreicht:
Richtdiagramme informieren
am besten! Um das Vor/
Rück-Verhältnis es zu ermitteln,
richtet man die Antenne optimal
auf einen Sender aus und misst
die Empfangsspannung. Danach
wird die Antenne umgedreht,
und es wird erneut gemessen.
Worin liegt die Bedeutung dieses
Kennwerts? Logisch erscheint:
Je größer das Vor/Rück-Verhältnis,
um so wahrscheinlicher
ist es, dass möglichst viel Leistung
in die Hauptstrahlrichtung
„gedrückt“ wird. Diese Leistung
lässt sich jedoch schon mit den
Öffnungswinkeln beschreiben.
Wichtiger für die Praxis ist
folgende Tatsache: Aus einer
Richtung, in die eine Antenne
nicht strahlt, kann sie auch nicht
beeinflusst werden. Sowohl
direkt eintreffende als auch
von der Antennenumgebung
(Masten, Schornsteine, Bäume)
reflektierte Signale können der
Antenne nichts „anhaben“. Je
größer das Vor/Rück-Verhältnis
ist, um so weniger wird der
Empfang von Objekten nahe der
Antenne sowie von Sendern aus
anderen Richtungen gestört.
Auf den Punkt gebracht
Fassen wir nun zusammen, was
wir über die Möglichkeiten, das
Richtverhalten zu beschreiben,
wissen:
1. Richtdiagramme liefern die
meisten vom Praktiker benötigten
Informationen.
2. Öffnungswinkel können nicht
über die praktisch wichtige
Abstrahlrichtung informieren.
3. Der Gewinn informiert nicht
über die Abstrahlrichtung
und unvollkommen über das
Abstrahlverhalten.
Da aber besonders bei Richtantennen
für höhere Frequenzen
Abstrahlrichtung und -verhalten
ausreichend gut bekannt sind,
genügt dort der Gewinn, um die
Antennenanlage entscheidend zu
kennzeichnen.
Anders bei Kurzwellenantennen.
Hier wird das Richtverhalten
mehr oder weniger stark von der
Umgebung beeinflusst, da sich
die Antenne aufgrund des geringen
maßgebenden Abstands in
Wellenlängen etwa vom Boden
oder von Hauswänden dieser
nicht entziehen kann. Die Bilder
5, 6 und 7 zeigen beispielsweise,
wie das vertikale Diagramm
eines Halbwellendipols
von dessen Aufbauhöhe über
Grund abhängen würde, wenn
die Erde ein idealer Leiter wäre.
Man sieht: Das Abstrahlverhalten
wird stark von der Höhe über
Grund bestimmt, und zwar nicht
absolut, sondern in Wellenlängen.
Auch bei UKW-Antennen
macht es noch Sinn, Höhe zu
„schinden“. Denn die vertikale
Abstrahlung ändert sich auch
noch in mehreren Wellenlängen
Abstand zum Grund beachtlich.
Das horizontale Diagramm ist
hier wie da hingegen kaum von
der Aufbauhöhe abhängig.
Mit dem Computer lassen sich
Antennen unter verschiedensten
Bedingungen zuverlässig simulieren.
Hierbei werden dreidimensionale
Richtdarstellungen
geliefert. Ein bekanntes Antennensimulationsprogramm
heißt
EZNEC.
Die Impedanz
Antennen sind „Energieform-
Wandler“. Leitungsgebundene
Energie wird in Strahlung
gewandelt oder umgekehrt. Sie
dürfen daher nicht sperren oder
kurzschließen, sondern müssen
einen ständigen Energiefluss
gewährleisten. Das schaffen sie,
indem sie an ihren Klemmen
einen Widerstand erscheinen lassen.
Dieser ist im Sendefall ein
Eingangs- und im Empfangsfall
ein Ausgangswiderstand, aber in
beiden Fällen bei der selben Frequenz
gleich. Eingebürgert hat
sich dafür der Begriff „Impedanz“
oder bei Monopolantennen
„Fußpunktwiderstand“. Idealerweise
handelt es sich um einen
reellen (ohmschen) Widerstand.
Oft wird auch die Bezeichnung
„Strahlungswiderstand“ benutzt.
Ein Strahlungswiderstand ist
jedoch an jedem Ort der Antenne
definierbar.
Die Impedanz einer Antenne
hängt lediglich von der Antennengeometrie
ab (Bild 8) und
entsteht ganz einfach dadurch,
dass die Antenne Strahlung
erzeugen bzw. aufnehmen kann.
Der mit dem Wellenwiderstand
einer HF-Leitung vergleichbare
Strahlungswiderstand einer verlustlosen
Antenne ist in beiden
Richtungen ein perfekter Wandler:
Bei Anpassung wird die
maximal entnehmbare Energie
aus dem Sender über die Antenne
abgestrahlt bzw. aus dem Empfangsfeld
über die Antenne dem
Empfänger zugeführt.
Bild 5: Vertikales Richtdiagramm eines horizontalen Halbwellendipols 1/4 λ
über idealem Grund [2]
Lesen sie den vollständigen Artikel ab Seite 10 unter:
https://webkiosk.epaper-kiosk.beam-verlag.de/ef-2018-2019/61438639
38 hf-praxis Best of 2018

Grundlagen
Kenngrößen und Auswahl eines
Richtkopplers
Für Richtkoppler (Directional
Coupler) gibt es verschiedene
Aufbaukonzepte, wie Leitungskoppler,
Lochkoppler oder
Transformatorkoppler. Stets ist
zu unterscheiden, ob der Koppler
unidirektional arbeitet (Einrichtungskoppler)
oder bidirektional
eingesetzt werden kann
(gleichzeitige Erfassung von
Vor- und Rücklauf). Da es sich
im letzten Fall prinzipiell um
zwei gegeneinander geschaltete
unidirektionale Koppler
handelt, beziehen sich die folgenden
Betrachtungen auf den
Einrichtungskoppler.
Richtkoppler-Kenngrößen kann
man dem Datenblatt entnehmen
(Tabelle 1) oder etwa nach [1]
qualifiziert mit einem (vektoriellen)
Netzwerkanalysator messen
(Tabelle 2). Sie bedingen
sich teils gegenseitig und sind
physikalisch bedingt eventuell
relativ weit vom Idealwert entfernt.
Dies ist bei einer fairen
Beurteilung zwecks Auswahl zu
berücksichtigen. Weiterhin darf
man die Frequenzabhängigkeit
nicht außer Acht lassen.
Neben den vier Anschlüssen Input/Output und Coupled Reverse & Forward hat der BDCH-25-272 noch einen
Masseanschluss zwecks Eindämmung von Störemission
Kenngrößen verstehen
und bewerten
Die elektrischen Kenngrößen
eines Richtkopplers sind:
• Eingangsimpedanz bei korrektem
Abschluss der Ausgänge
(Main Line und Koppelpfad)
Diese kann direkt durch einen
komplexen Widerstand oder
indirekt durch einen Reflexionsfaktor
(Return Loss) oder
ein SWR beschrieben werden.
Letzteres ist oft der Fall.
• Ausgangsimpedanz der
Main-Linie bei korrekter
Impedanz der Quelle
Aus diese kann direkt durch
einen komplexen Widerstand
oder indirekt durch einen Reflexionsfaktor
oder ein SWR
beschrieben werden. Letzteres
ist wiederum oft der Fall.
Da die Main Line ein einfaches
Gebilde (kurze Leitung) zwischen
Ein- und Ausgang ist,
sind diese beiden Eingangsimpedanzen
theoretisch identisch
und weichen praktisch kaum
vom Ideal ab.
Best of 2018
Tabelle 1: Kennwerte des High-Power-Richtkopplers BDCH-25-272 von Mini-Circuits
hf-praxis Best of 2018 43

Grundlagen
Best of 2018
• Ausgangsimpedanz des
Koppelpfads
Auch diese ist wenig kritisch,
auch, weil eine nennenswerte
Koppeldämpfung besteht. Hinweis:
Es erfolgt zwar ein wellenwiderstandsrichtiger
Abschluss
mit z.B. 50 Ohm, damit es im
Koppelpfad zu keiner Reflexion
kommt, jedoch wird hier meist
eine Spannung (also hochohmig)
gemessen.
Zur Charakterisierung der
genannten drei Impedanzen dient
oft die Nennung eines „Return
Loss for all Ports“. Dabei sind
Werte um 30 dB üblich entsprechend
0,1% nicht angenommener
Leistung.
• Einfügedämpfung (Insertion
Loss, Main Line
Loss), auch Durchgangsdämpfung
Diese Dämpfung des Signals
in der Main Line wird weniger
von der Qualität der Main Line
(Länge, Material, Durchmesser
des Leiters, eventuelles Dielektrikum)
bestimmt als vielmehr
von der relativen Größe
der ausgekoppelten Leistung,
im Wesentlichen beschrieben
durch den Koppelfaktor, also die
gewünschte Auskopplung eines
Teils der Leistung in der Main
Line. Idealerweise wirkt also
nur der Koppelfaktor, sodass
sich die Einfügedämpfung über
diesen definiert. In den Datenblättern
wird in aller Regel dieser
aber bereits berücksichtigt
(abgezogen), was im Sinne hoher
Transparenz auch zu begrüßen
ist. Anzutreffen sind dann
Angaben um 0,2 dB etwa mit
dem Hinweis „Does not include
theoretical loss“. Etwa für einen
Koppler mit einem Koppelfaktor
von typisch 26,4 dB wird theoretischer
Nennwert von 0,01
dB angegeben. Ein noch geringerer
und somit vernachlässigbarer
Anteil von Einfügedämpfung
entsteht durch die endliche
Isolation.
Aus den Leistungen, die an den
vier Ports auftreten, lassen sich
die wichtigsten Kenngrößen
ableiten:
• Koppelfaktor (Coupling
Factor), auch Koppeldämpfung
(Coupling Loss)
Diesen kann man auf zwei Arten
definieren: 1) Verhältnis der Leistung
in den Forward-Abschlusswiderstand
zur vorlaufenden
Leistung. Diese entspricht (nur)
bei korrekten Impedanzverhältnissen
am Eingang (Input) der
eingespeisten Leistung (dann
keine Reflexion einer eventuellen
rücklaufenden Welle am
Eingang des Kopplers, wobei
sich der am Eingang reflektierte
Anteil zu bereits vorhandenen
vorlaufenden Welle addieren
Theoretische Main-Line-Einfügedämpfung eines einfachen Kopplers und
Koppelfaktor. Für bidirektionale Koppler sind die Angaben zu verdoppeln, vgl.
[2] (Quelle: Wikipedia)
Kenngröße f = 1,8 MHz f = 30 MHz
Koppeldämpfung in dB 33,86 34,57
Isolationsdämpfung in dB 73,52 51,93
Richtdämpfung in dB 39,66 17,36
Einfügedämpfung in dB 0,01 0,04
Eingangsreflexionsdämpfung in dB 52,05 35,32
Eingangsreflexionsdämpfung in dB 1,01 1,03
Tabelle 2: Mit dem VNWA von DF1RN ermittelte Messwerte des Richtkopplers
(Quelle: CQ DL)
würde). 2) Verhältnis der Leistung
in den Reverse-Abschlusswiderstand
zur rücklaufenden
Leistung. Da diese nur bei Reflexion
auftritt und oft klein ist, hat
diese Definitionsmöglichkeit nur
theoretische Bedeutung.
Der Koppelfaktor ist die wohl
wichtigste Spezifikation eines
Richtkopplers. Dies vor allem
auch deshalb, weil er im Wesentlichen
die Einfügedämpfung
bestimmt. Die Koppeldämpfung
hat oft Nennwerte von 20 dB
oder 30 dB entsprechend 1%
oder 0,1% ausgekoppelter Leistung.
Je höher die durchgeleitete
Leistung, umso höher kann
die Koppeldämpfung gewählt
und der Koppler damit idealen
Verhältnissen angenähert
werden. Allerdings sollte man
nicht vergessen, dass bei nicht
korrektem Abschluss des Leitungssystems
nicht nur hinlaufende,
sondern auch rücklaufende
Leistung ausgekoppelt
wird, da beide Coupled-Ports
wellen widerstandsrichtig abgeschlossen
sein müssen.
• Frequenzabhängigkeit des
Koppelfaktors (Coupling
Flatness)
Diese ist beim Leitungs- und
Lochkoppler bereits prinzipiell
gegeben und entsteht beim
Transformatorkoppler durch
verschiedene Effekte, wie die
Frequenztauglichkeit des Kernmaterials,
das Ansteigen der Verluste
in den Wicklungen mit der
Frequenz infolge Skin-Effekt
oder die parasitären Querkopplungen
(insbesondere kapazitiv).
Je nachdem, in welchem
Frequenzbereich der Koppler
arbeiten soll, muss man also
den passenden Grundtyp wählen
und immer die Frequenzabhängigkeit
im Betriebsfrequenzbereich
beachten. Bei dem Wunsch,
ein möglichst ideales Frequenzverhalten
im gewünschten Frequenzbereich
zu erreichen, sind
Kompromisse meist nicht vermeidbar.
• Isolationsdämpfung
(Isolation)
Diese lässt sich auf zwei Arten
definieren: 1) Verhältnis der Leistung
in den Reverse-Abschlusswiderstand
zur vorlaufenden Leistung.
Diese entspricht bei korrekten
Impedanzverhältnissen
am Eingang der eingespeisten
Leistung. 2) Verhältnis der Leistung
in den Forward-Abschlusswiderstand
zur rücklaufenden
Leistung. Da diese nur bei Reflexion
auftritt und oft klein ist, hat
diese Definitionsmöglichkeit nur
theoretische Bedeutung.
Idealerweise sollte eine unendlich
hohe Isolation bestehen,
jedoch verhindern dies parasitäre
Querpfade.
• Richtschärfe (Directivity),
auch (irreführend) Richtdämpfung
Eine niedrige (hohe) Koppeldämpfung
zieht praktisch eine
niedrige (hohe) Isolation mit
sich. Die Isolation sollte also
unter Berücksichtigung der
Koppeldämpfung beurteilt werden.
Am besten und einfachsten
geschieht dies anhand des Unterschieds
zwischen Isolationsdämpfung
und Koppeldämpfung.
Diesen nennt man Richtdämpfung,
er stellt also keine
neue Information dar, sondern ist
gewissermaßen ein komfortables
Qualitätskennzeichen. Ein Kopp-
44 hf-praxis Best of 2018

Grundlagen
Best of 2018
Wie bei vielen anderen Richtkopplern, wurde auch beim ZFDC-20-5
ein Abschlusswiderstand bereits im Gehäuse integriert, sodass der
entsprechenden Anschluss entfällt
ler mit 45 dB (55) Isolation und
20 (30) dB Isolation hat z.B. 25
(25) dB Richtschärfe. Die Richtschärfe
ist ein Maß dafür, wie
gut der Koppler die vorlaufende
und die eventuelle rücklaufende
Welle trennen kann. Eine hohe
Richtschärfe bedeutet, dass die
ausgekoppelte Leistung vorzugsweise
in den dafür vorgesehenen
Abschlusswiderstand
fließt. Gute Werte liegen um
40 dB. Möglicherweise wichtig:
Die Richtschärfe ist in aller
Regel stärker frequenzabhängig
als die Koppeldämpfung.
• Einsatzfrequenzbereich
(Frequency Range)
Aus den genannten Frequenzabhängigkeiten
folgt ein Nenn-
Einsatzfrequenzbereich des
Richtkopplers.
• Eingangsleistung (Input
Power)
Jeder Richtkoppler ist durch
eine begrenzte Leistungsbelastung
gekennzeichnet, welche
oft von der Spannungsfestigkeit
bestimmt wird. Zu beachten ist
hier eventuell eine Reduktion
der maximalen HF-Leistung
bei gleichzeitigem Gleichstrom
(DC).
Worauf es noch
ankommen kann
Richtkoppler werden von verschiedenen
Firmen angeboten,
wie Mini-Circuits, Macom,
Bonn-Elektronik, Tacom oder
Neosid. Das Ingenieurbüro
Hutter, welches Richtkoppler
auf Kundenwunsch entwirft und
fertigt, nennt folgende notwendigen
Daten zur Spezifikation
eines Richtkopplers:
• Festfrequenz oder Frequenzbereich
• maximale Leistung (CW)
Trotz deutlicher Frequenzabhängigkeit ist der Return Loss beim ZFDC-20-5
meist zu vernachlässigen
Erhebliche Frequenzabhängigkeit des Einfügeverlusts beim ZFDC-20-5
Koppelfaktor und Richtschärfe über der Frequenz beim ZFDC-20-5
• gegebenenfalls maximale
Pulsleistung (Pulslänge, Wiederholfrequenz)
• Koppelfaktor mit Genauigkeitsanforderung,
ggf. maximale
Variation über Frequenzbereich
• Richtschärfe mit Genauigkeitsanforderung
(Empfehlung
>30 dB, besser >35...40 dB)
• Leitungssystem Hauptleitung,
Stecker und/oder Buchsen
• Eingangsanpassung Hauptleitung
• Durchgangsdämpfung Hauptleitung
• Eingangsimpedanz Koppelleitungen
(evtl. nötig bei Breitbandkopplern)
• Anzahl der Koppelsonden
• Norm und Art der Auskopplungen
(Buchsen, Stecker, N,
BNC etc.)
• Material Außenleiter Hauptleitung
inklusive Oberflächenbehandlung
• Material Stecker/Buchsen
Hauptleitung inklusive Oberflächenbehandlung
• Material Stecker/Buchsen
Auskopplungen inklusive
Oberflächenbehandlung
• Material Innenleiter inklusive
Oberflächenbehandlung
• Material Isolatoren der Hauptleitung
und der Auskopplungen
(z.B. ist Teflon verboten
in Bereichen hoher
Röntgenstrahlen an Beschleunigern)
• wenn kritisch: maximale
Abmessungen und Gewicht
Weiterführende
Literatur:
[1] Praktikum Hochfrequenztechnik,
Teil 1, Richtkoppler,
SoSe 2017, pdf, Internet
[2] Macom: How to Specify
the Best Directional Coupler
for Your Critical Application,
pdf, Internet, Übersetzung in
hf-praxis 1/2016 FS
hf-praxis Best of 2018 45

Grundlagen
Best of 2018
HF-Generatoren und ihre Verwendung
Man unterscheidet
bei HF-Generatoren
hauptsächlich
zwischen analogen
Signalgeneratoren
und Vektor-
Signalgeneratoren.
Der Unterschied
liegt in der Art der
Signalaufbereitung.
Daraus ergeben sich
unterschiedliche
Modulationsarten
und entsprechende
Einsatzmöglichkeiten.
Bild 1: Exzellent niedriges Phasenrauschen eines analogen Signalgenerators
Nach der Vorstellung von analogen
Generatoren werden Vektor-Signalgeneratoren
besprochen,
wobei deren Ausprägung
als Arbitrary-Waveform-Generator
eine gesonderte Betrachtung
erfährt.
Analoge
Signalgeneratoren
Bei analogen Signalgeneratoren
liegt der Schwerpunkt auf der
Erzeugung eines hochqualitativen
HF-Signals. Unterstützt
werden die analogen Modulationsarten
AM, FM und φM. Mit
manchen Geräten können auch
exakte Pulssignale erzeugt werden.
Analoge Generatoren sind
für Frequenzen bis in den Mikrowellenbereich
erhältlich. Sie
zeichnen sich aus durch:
Analoge Signalgeneratoren werden
zu folgenden Zwecken eingesetzt:
• als stabiles Referenzsignal
(Local Oscillator, Quelle für
Messungen des Phasenrauschens,
Kalibrier-Referenz)
• als Universal-Instrument für
Messungen von Verstärkung,
Linearität, Bandbreite usw. bei
der Entwickung und dem Test
von HF- und anderen Halbleiter-Chips
• für Empfänger-Tests (Zwei-
Ton-Tests, Erzeugen von Interferer-
und Blocking-Signalen)
• für EMV-Tests
• für ATE und Produktion
• für Avionik-Anwendungen
(z.B. VOR, ILS)
• für militärische Anwendungen
• für Radar-Tests
In Bild 2 ist beispielsweise eine
Kombination von Impulsen mit
unterschiedlicher Breite und
Pausendauer für Radar-Anwendungen
zu sehen.
Analoge Signalgeneratoren sind
mit unterschiedlichen Spezifikationen
in allen Preisklassen
erhältlich. Für die Auswahl können
folgende Kriterien entscheidend
sein:
• Frequenzbereich und Auflösung
• mögliche Ausgangsleistung
• Einschwingen von Frequenz
und Pegel
• Pegel- und Frequenzgenauigkeit
• Bauart und Gewicht
Quelle:
Messen mit modernen
Spektrumanalysatoren,
Application Note 1MA201_2d,
Rohde & Schwarz, Juni 2012,
Kapitel 3: Generatoren und
ihre Verwendung,
Autor: Detlev Liebl
• sehr hohe spektrale Reinheit
(Non-Harmonics), z.B.
-100 dBc
• sehr geringes Eigenrauschen
(Broadband Noise), z.B. -160
dBc
• sehr geringes Phasenrauschen
(SSB Phase Noise), z.B. -139
dBc/Hz (bei 20 kHz Offset und
1 GHz), s. Bild 1
Bild 2: Spezielle Impulsfolge für Radar-Anwendungen
46 hf-praxis Best of 2018

Grundlagen
Bild 3: Vorprogrammierte Standards
bei einem Vektor-Signalgenerator
Vektor-Signalgeneratoren
Vektor-Signalgeneratoren zeichnen
sich dadurch aus, dass sie das
Modulationssignal im Basisband
als komplexen IQ-Datenstrom
rechnerisch erzeugen und bearbeiten.
Dazu gehören auch eine
rechnerische Filterung, ggf. ein
Begrenzen der Amplitude (Clipping)
oder beispielsweise ein
Aufprägen von Unsymmetrien.
Manche Generatoren können
additiv Gauss‘sches Rauschen
dazurechnen; manche Generatoren
sind darüber hinaus in der
Lage, rechnerisch eine Mehrwege-Ausbreitung
(Fading,
MIMO) des späteren HF-Signals
zu simulieren.
Im Allgemeinen geschieht die
gesamte Aufbereitung des Basisband-Signals
durch Berechnung
in Echtzeit. Eine Ausnahme bilden
die ARB-Generatoren. Die
Bild 4: Teil der vorprogrammierten Testmodels für den Mobilfunk-Standard
LTE
Basisband-IQ-Daten werden
schließlich auf eine Betriebsfrequenz
konvertiert. (Es gibt auch
Vektor-Generatoren, die nur im
Basisband arbeiten, ohne HF-
Signale zu erzeugen.)
Vektor-Signalgeneratoren verfügen
oft auch über analoge
oder digitale IQ-Eingänge, um
externe Basisbandsignale einzukoppeln.
Mit der IQ-Technik
lassen sich beliebige einfache
wie komplexe, digitale wie
analoge Modulationsarten realisieren,
Einzelträger- ebenso
wie Multiträger-Signale. Die
Anforderungen kommen dabei
in erster Linie aus den Mobilfunk-Standards,
aber auch aus
der kabelgebundenen digitalen
Breitbandübertragung und aus
A&D-Applikationen (Erzeugen
von modulierten Pulsen).
Die Haupteinsatzgebiete der
Vektor-Signalgeneratoren:
• Erzeugen von standardkonformen
Signalen für Mobilfunk,
digitales Radio- und TV,
GPS, moduliertes Radar etc.
• Testen von digitalen Empfängern
oder Baugruppen in
Entwicklung und Produktion
• Simulieren von Signal-Verschlechterungen
(Rauschen,
Fading, Clipping, Einfügen
von Bitfehlern)
• Erzeugen von Signalen für
Mehrantennen-Systeme ohne
und mit Phasenkohärenz für
Beam-Forming
• Erzeugen von modulierten
Störsignalen (Interferer) für
Blocking-Tests und Messungen
der Nachbarkanal-
Unterdrückung
Bild 3 zeigt beispielhaft einen
Teil der von einem Vektor-
Signalgenerator unterstützten
vorprogrammierten Standards.
In den einzelnen Kommunikations-Standards
sind meistens
Testsignale mit einer vorgegebenen
Konfiguration definiert.
Diese können in einem
Vektor-Signalgenerator bereits
vorprogrammiert sein. Bild 4
zeigt eine Auswahl dieser beim
LTE-Standard sogenannten Testmodels
(beim gleichen Generator).
Bild 5 zeigt das Spektrum
des angewählten Testmodels
E-TM3_3__20 MHz. Es ist ca.
18 MHz breit. Genauer betrachtet,
besteht es aus 1201 OFDM-
Einzelträgern im Abstand von
15 kHz, die aufgrund der eingestellten
Bildschirmauflösung hier
ineinander fließen. Bild 6 zeigt
das Konstellationsdiagramm
(IQ-Darstellung) des Testmodels.
Es sind einzelne Kanäle
unterschiedlich moduliert. Hier
sind alle vorkommenden Modulationsarten
in einer Darstellung
zusammengefasst: BPSK
(cyan), QPSK (rot mit blauen
Kreuzen), 16-QAM (orange)
und die LTE-typischen CAZAC-
Bits (Constant Amplitude Zero
Autocorrelation, blau) auf dem
Einheitskreis.
Vektor-Signalgeneratoren verfügen
meist über komfortable Triggermöglichkeiten.
Damit lassen
sich beispielsweise Generator-
Bursts exakt in ein vorgegebenes
Zeitraster einpassen (z.B. GSM-
Bursts in die richtigen Time
Slots). Parallel zum Datenstrom
liefern diese Generatoren meist
auch sogenannte Marker-Signale
an Gerätebuchsen. Diese können
programmierbar an beliebigen
Punkten im Datenstrom aktiviert
werden (z.B. Burst- oder
Frame-Anfang), um ein DUT
oder Messgeräte zu steuern.
Digital modulierte HF-Signale
weisen teilweise sehr hohe Crest-
Faktoren auf (Verhältnis von
Mittel- zu Spitzenwert mehr als
10 dB). Schon geringe Nichtlinearitäten
in den analogen Blöcken
des Generators (Mischer,
Endstufe) können leichter Oberwellen
und Intermodulationsprodukte
verursachen als klassische
analoge Modulationen. In dieser
Beziehung unterscheiden sich
einzelne Generatoren erheblich.
Wichtige Kenngrößen für Vektor-Signalgeneratoren
sind die
Modulationsbandbreite und
die erzielbare Symbolrate, die
Modulationsqualität (Error Vector
Magnitude, EVM) und die
Nachbarkanal-Unterdrückung
(Adjacent Channel Power,
ACP). Moderne Generatoren
sind zukunftssicher, d.h., sie
übertreffen die Anforderungen
aktuell gängiger Mobilfunkstandards
erheblich. Die allgemeinen
Kriterien für die Auswahl
gleichen denen von analogen
Generatoren.
Arbitrary-Waveform-
Generatoren
Diese kurz ARB-Generatoren
genannten Geräte sind Vektor-
Signalgeneratoren, bei denen die
Modulationsdaten vorab (nicht in
Echtzeit) berechnet und im RAM
abgelegt werden. Die Ausgabe
das RAM-Inhalts erfolgt dann
mit der Echtzeit-Symbolrate.
(Viele Vektor-Signalgeneratoren
verfügen über eine ARB-
Best of 2018
hf-praxis Best of 2018 47

Grundlagen
Best of 2018
Bild 5: Multicarrier-Spektrum des LTE Testmodels E-TM3_3__20MHz
Bild 6: Gesamtkonstellation beim LTE-Testmodel E-TM3_3__20MHz
Vielfach bieten Hersteller von
ARB-Generatoren Software
an, um Standard-Modulationssequenzen
(IQ-Datensätze) zu
erstellen. Bild 7 zeigt einige
Fenster eines solchen Programms.
Gewählt wurde hier
der Mobilfunkstandard 3GPP
FDD (UMTS). Erstellt wird der
Downlink, also das Signal von
einer Basisstation (BS) zum
Mobiltelefon. Das Programm
kann die Signale von bis zu vier
Basisstationen erzeugen; in Bild
7 ist nur BS1 aktiv. Die Filterung
entspricht dem UMTS-Standard.
Ein Clipping erfolgt nicht. Die
Gerätebuchse Marker1 wird später
ein Signal bei jedem neuen
Radio Frame liefern. Sind alle
nötigen Eingaben erfolgt, startet
man durch Klicken auf die
Schaltfläche Generate Waveform
File die Berechnung der
IQ-Daten. Ist diese abgeschlossen,
überträgt man die Daten
vom Programm aus zum ARB-
Generator und kann sofort die
Ausgabe starten. ◄
Option, s. Bild 3.) In Einsatz
und Anwendung unterscheiden
sich die ARB-Generatoren von
den Echtzeit-Vektor-Generatoren
in folgenden Punkten:
• Der Inhalt des IQ-Datenstroms
ist vollkommen frei festlegbar.
• Es sind nur zeitlich begrenzte
oder zyklische Signale möglich
(RAM hat endliche Tiefe).
Die Speichertiefe und die Wortbreite
der IQ-Datensätze sind
zusätzliche Kenngrößen. Wie bei
den Echtzeitgeneratoren gibt es verschiedene
Trigger-Möglichkeiten
und die Marker-Signal-Ausgabe.
Der Anwender kann für Produktionstests
verschiedene Sequenzen
unterschiedlicher Dauer aneinanderfügen.
Das können zum Beispiel
Datenströme mit unterschiedlichen
Bitraten sein, die in der
Fertigung überprüft werden müssen.
Manche ARB-Generatoren
können als Echtzeit-Basisband-
Quelle Gauss‘sches Rauschen
hinzurechnen, manche sind in der
Lage, eine Mehrwege-Ausbreitung
(Fading) und Mehrantennensysteme
(MIMO) des späteren HF-
Signals in Echtzeit zu simulieren.
Bild 7: PC-Programm zur Berechnung der IQ-Daten von Standardsignalen
48 hf-praxis Best of 2018

Fachbücher für die
Praxis
Praxiseinstieg in die
Spektrumanalyse
Joachim Müller,
21 x 28 cm, 198 Seiten,
zahlr. überwiegend farbige Abb.
Diagramme, Plots
ISBN 978-3-88976-164-4,
beam-Verlag 2014, 38,- €
Art.-Nr.: 118106
Ein verständlicher Einstieg in die Spektrumanalyse
- ohne höhere Mathematik,
der Schwerpunkt liegt auf der Praxis mit
Vermittlung von viel Hintergrundwissen.
Hintergrundwissen:
• Der Zeit- und Frequenzbereich, Fourier
• Der Spektrumanalyzer nach dem Überlagerungsprinzip
• Dynamik, DANL und Kompression
• Trace-Detektoren, Hüllkurvendetektor,
EMV-Detektoren
• Die richtige Wahl des Detektors
• Moderne Analyzer, FFT, Oszilloskope
mit FFT
• Auswahl der Fensterung - Gauß, Hamming,
Kaiser-Bessel
• Die Systemmerkmale und Problemzonen
der Spektrumanalyzer
• Korrekturfaktoren, äquivalente Rauschbandbreite,
Pegelkorrektur
• Panorama-Monitor versus Spektrumanalyzer
• EMV-Messung, Spektrumanalyzer versus
Messempfänger
Messpraxis:
• Rauschmessungen nach der Y-Methode,
Rauschfaktor, Rauschmaß
• Einseitenbandrauschen, Phasenrauschen
• Signal/Rauschverhältnis, SNR, S/N, C/N
• Verzerrungen und 1 dB-Kompressionspunkt
• Übersteuerung 1.Mischer - Gegenmaßnahmen
• Intermodulationsmessungen
• Interceptpoint, SHI, THI, TOI
• CW-Signale knapp über dem Rauschteppich
• Exakte Frequenzmessung (Frequenzzählerfunktion)
• Messung breitbandiger Signale
• Kanalleistungsmessung, Nachbarkanalleistungsmessung
• Betriebsart Zero-Span
• Messung in 75-Ohm-Systemen
• Amplituden- und Phasenmodulation
(AM, FM, WM, ASK, FSK)
• Impulsmodulation, Puls-Desensitation
• Messungen mit dem Trackingenerator
(skalare Netzwerkanalyse)
• Tools auf dem PC oder App’s fürs
Smart-Phone
Dezibel-Praxis
Richtig rechnen mit dB, dBm, dBµ,
dBi, dBc und dBHz
Frank Sichla, 17,5 x 25,5 cm, 94 S., 82 Abb.,
zahlreiche Tabellen und Diagramme;120
Aufgaben zur Selbstkontrolle, mit Lösungen.
ISBN 978-88976-056-2, 2007, 12,80 €
Art.-Nr.:118064
Das Dezibel ist in der Nachrichtentechnik
zwar fest etabliert, erscheint aber oft noch
geheimnisvoll. Will man genauer wissen,
was dahinter steckt, kann man zu mathematiklastigen
und trockenen Lehrbüchern
greifen. Darin stehen viele Dinge, die man
in der Funkpraxis gar nicht braucht und
die eher verwirren. Andererseits vermisst
man gerade die „Spezialitäten“, denen man
schon immer auf den Grund gehen wollte.
Der Autor dieses Buches hat dieses Dilemma
erkannt und bietet daher hier eine
frische, leicht verständliche und mit 120
Aufgaben und Lösungen überaus praxisgerechte
Präsentation des Verhältnismaßes
„dB“ mit all seinen Facetten.
Unser gesamtes Buchprogramm finden Sie
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Grundlagen
Best of 2018
Schwingquarze – analoge Bauteile in der
digitalen Welt
Auch in einer digitalen Umgebung ist der
Schwingquarz noch ein analoges Bauelement.
Die mechanische Schwingung des
Kristalls wird über den piezoelektrischen
Effekt an die äußere Elektronik weitergeleitet.
Analog zu einem Pendel wird das Ausgangssignal
immer eine Sinusfunktion sein.
Schwingquarze wurden in den letzten Jahren
kaum noch beachtet, obwohl sie ein nicht
zu vernachlässigender Bestandteil in vielen
Anwendungen sind. Wenn Zeitabweichungen
in der Größenordnung von wenigen
ppm oder kleiner über längere Zeit eine Rolle
spielen, verwendet man Schwingquarze als
Taktgeber. Heutzutage werden in fast allen
Geräten Schwingquarze als Taktgeber verwendet,
von der einfachen Quarzuhr bis
hin zur Weltraumanwendung. Keine Kommunikation
wäre möglich, kein modernes
Auto würde fahren und selbst eine stabile
Stromversorgung wäre unmöglich.
Entwicklung im Fluss
Obwohl dieses Bauelement schon in die
Jahre gekommen ist, die ersten wurden
schon vor 100 Jahren technisch verwendet,
ist seine Entwicklung nicht stehen geblieben.
Die Baugrößen haben sich von den
Metallbauformen der HC und TO Reihen auf
Baugrößen von 1 x 1,2 mm in Keramikausführung
verkleinert und an einer weiteren
Autor:
Jürgen Hoffmann,
Geschäftsführer
Coftech GmbH
www.coftech.de
Miniaturisierung wird gearbeitet. Konnte
man in den Metall-Bauformen noch beliebige
Frequenzen in kleinen Stückzahlen fertigen,
ist das bei den keramischen Gehäusen
nicht mehr in dieser Weise möglich. Bedingt
durch die veränderten Fertigungsmethoden
und den stetigen Preisdruck sind die Losgrößen
auf 500 bis 10000 Stück gestiegen.
Metallgehäuse der HC oder TO Bauformen
werden nur noch für Präzisionsquarze verwendet.
Für normale Applikationen werden
diese Bauformen bald nicht mehr verfügbar
sein.
Beratung von Vorteil
Allen Schwingquarznutzern ist es sehr zu
empfehlen, sich frühzeitig mit kompetenten
Fachleuten zu beraten, die direkten Kontakt
zu den Herstellern haben. Dadurch können
Anwendung und Schwingquarz besser aufeinander
abgestimmt werden. Die Spezifikation
wird detaillierter ausgearbeitet und
es werden spätere Probleme vermieden.
Durch den ständigen Preisdruck sind die
Hersteller gezwungen, jede Lücke in der
Spezifikation zur Kostensenkung zu nutzen.
Die meisten Fertigungen sind in Länder
mit geringen Lohnkosten verlagert. In
Europa werden nur noch wenige Spezialquarze
gefertigt.
Folgen der Miniaturisierung
Allerdings bringt die Reduzierung der
Baugrößen auch einige Einschränkungen
der Daten mit sich. Zum einen wird der
Frequenzbereich eingeschränkt. Zum anderen
steigt der Designaufwand, verbunden
mit immer kleineren Fertigungstoleranzen,
beim Übergang von den Metallgehäusen
auf die Keramikgehäuse stark an. Durch
die Veränderung des Resonators von rund
auf rechteckig wird für jede Frequenz ein
neues Design notwendig. Die Entwicklung
eines neuen Designs, einer neuen Frequenz,
wird erst ab Stückzahlen in mehrfacher Millionenhöhe
wirtschaftlich.
Mit der Verringerung der Baugrößen sind
aber auch Veränderungen der elektrischen
Parameter verbunden. So steigt der Ersatzwiderstand
an und die Schwinggüte nimmt ab.
Diese Änderungen sind physikalisch bedingt
und können nur in bestimmten Grenzen
beeinflusst werden. Bedingt durch die
Abmessungen sinkt bei kleinen Bauformen
auch das Ziehverhalten. Die geringere Ziehbarkeit
der kleinen Bauformen erfordert
eine wesentlich kleinere Lastkapazität zum
Erreichen der gleichen Frequenzänderung.
Die verwendeten Lastkapazitäten liegen
heute in der Größenordnung von 4 bis 7 pF.
Bei geringen Frequenztoleranzen in der
Anwendung muss außerdem die Verbindung
des Gehäuses mit der Masseleitung
berücksichtigt werden. Bei nicht definierten
Messbedingungen und kleinen Lastkapazitäten
kann es zwischen Hersteller und
Anwender zu erheblichen Frequenzabweichungen
kommen.
Die kleine Lastkapazität reduziert ebenfalls
die Betriebsgüte und verschlechtert auch
das Phasenrauschen erheblich. Damit sind
die kleinsten Bauformen nicht mehr für
Anwendungen mit hohen Präzisionsanforderungen
geeignet.
Die Miniaturbauformen sind allerdings durch
ihre Größe und den mechanischen Aufbau
gut für Anwendungen mit High Reliability
und hoher Schock- und Vibrationsfestigkeit
geeignet, bei denen es nicht auf
extreme Frequenzgenauigkeit, Ziehbarkeit
und Phasenrauschen ankommt. Das trifft
besonders auf Anwendungen mit extremen
Platzanforderungen und geringen Datenübertragungsraten
zu. Durch Gehäuse in
kompletter Keramikausführung sind sogar
Anwendungen in starken Magnetfeldern,
wie zum Beispiel direkt im MRT, möglich.
Einige weitere Einschränkungen sind aber
zusätzlich zu beachten. Bedingt durch den
Temperaturgang des Materials können über
den Temperaurbereich nur bestimmte minimale
Frequenzabweichungen realisiert werden.
Die Anpassung erfolgt über den soge-
50 hf-praxis Best of 2018

Grundlagen
nannten Schnittwinkel, die Orientierung des
Schwingers im Kristall.
Die minimal im Temperaturgang erreichbare
Frequenzabweichung wird durch die
bei den kleinen Bauformen verwendeten
Oberflächenformen (Linsen) weiter eingeschränkt.
Durch zusätzliche Bearbeitungsverfahren
wird die effektive Orientierung
im Kristall verändert. Toleranzen im Bereich
von 15 Winkelsekunden sind schwieriger
zur realisieren. Außerdem verschiebt sich
der Symmetriepunkt (Inflection Point) der
Temperaturkurve dabei von den idealen 25
°C zu höheren Temperaturen.
Verlustleistung beachten!
Ein weiterer wenig beachteter Punkt ist die
Verlustleistung am Schwingquarz. Konnten
bei den Metallbauformen noch Leistungen
von 100 µW und mehr eingesetzt werden,
führen diese bei den kleinsten Bauformen
schon zu Beschädigungen des Bauelements.
Das schwingende Volumen wird immer kleiner
und das Kristallgitter muss die zugeführte
Energie aufnehmen. Das bedeutet
starke mechanische Verformungen, die
zur Änderung der physikalischen Eigenschaften
führen. Bei einem Uhrenpendel
als Vergleich, würde man ein Anschlagen
des Pendels am Gehäuse beobachten. Das
macht sich vor allem in einer stark erhöhten
Alterung bemerkbar. Störresonanzen
werden verstärkt angeregt und führen zu
Verzerrungen des Temperaturgangs (Activity
Dips). Auch Totalausfälle können auftreten.
Ganz deutlich werden diese Effekte
beim Aufzeichnen der Lastabhängigkeiten
(Drive Level Dependency) von Serienresonanzfrequenz
und R1. Für die kleinsten
Bauformen sollte der Drive Level nur noch
im Bereich von 1 µW liegen.
Auch in Zukunft
unverzichtbar
Neue Entwicklungen wie MEMs, ebenfalls
mechanische Schwinger, aber auf Siliziumbasis,
bringen zurzeit noch keine erheblichen
Vorteile. Sie werden wie Schwingquarze in
einem separaten Gehäuse verwendet. Eine
totale Integration in bestehende Chips ist
noch nicht erfolgt. Außerdem muss die
starke Temperaturabhängigkeit des Siliziumkristalls
elektronisch digital kompensiert
werden. Das führt im Temperaturgang
zu Microjumps der Frequenz, ähnlich wie
sie bei digital kompensierten Quarzoszillatoren
zu beobachten sind, nur in wesentlich
mehr Stufen. Jeder dieser Microjumps
führt zu einem Phasensprung und somit zu
Übertragungsfehlern.
Der Schwingquarz bleibt damit noch einige
Zeit ein unverzichtbares Bauelement. Durch
das komplexe Verhalten des Schwingquarzes
und sein Verschwinden aus der allgemeinen
Wahrnehmung wird die Gefahr von fehlerhaften
Spezifikationen höher. Meist werden
nur die alten Spezifikationen für Metallgehäuse
kopiert und mit neuen Gehäusezeichnungen
verbunden. Dabei bleiben leider die
veränderten Eigenschaften meist unberücksichtigt.
◄
Best of 2018
Diesen Fachartikel aus 2018 sollten Sie auch gelesen haben:
Das Dezibel in HF- und Mikrowellen-Technik
30 dBm + 30 dBm = 60 dBm
– stimmt das oder stimmt´s
nicht? Warum ist 1% einmal
-40 dB, ein anderes Mal 0,1 dB
bzw. 0,05 dB? Auch erfahrene
Ingenieure kommen bei diesen
Fragen gelegentlich ins
Grübeln. Darum informiert
https://webkiosk.epaper-kiosk.beam-verlag.de/1-2018/59600649, Teil 1 ab Seite 52
https://webkiosk.epaper-kiosk.beam-verlag.de/2-2018/59731798, Teil2 ab Seite 32
dieser zweiteilige Beitrag auf
Grundlage von Auszügen aus
der genannten Quelle und hilft
somit, früher Gelerntes wieder
oder noch Unbekanntes neu ins
Gedächtnis zu holen.
Dezibel, dBm, dB(µV/m) – das
sind Begriffe, deren Bedeutung
ein Ingenieur im Schlaf kennen
muss. Tut er´s nicht, hat er in
seinem Job einen deutlichen
Nachteil. Tauchen wie üblich
diese Begriffe im Gespräch
mit Kunden oder Kollegen auf,
wird er sich kaum auf die Sache
konzentrieren können, wenn er
ständig überlegen muss – wie
war das doch noch, sind 3 dB
jetzt Faktor 2 oder 4 oder was?
Es lohnt sich, wenn man sich
diese Zusammenhänge, die
man sicher schon mal gelernt
hat, wieder ins Gedächtnis ruft
und den Umgang damit übt.
Application Note 1MA98
Rohde & Schwarz
hf-praxis Best of 2018 51

Quarze und Oszillatoren
Best of 2018
Ultrahochfrequenter Clock
Oszillator
Hochstabiler OCXO mit
geringem Phasenrauschen
Switchable Oscillators Offer
Frequency a la Carte
Die kürzlich veröffentlichte neue Reihe
Clock Oszillatoren IQXO-597 von
IQD bietet einen ultrahochfrequenten
Bereich von 1GHz bis 2,2GHz. Verpackt
in einem 14,0 x 9,0 x 3,3mm, 6
Pad Gehäuse ist dieses oberflächenmontierbare
Bauteil mit FR4 Bodenteil
und Metalldeckel nicht hermetisch
dicht verschlossen. Der IQXO-597 ist
erhältlich mit drei verschiedenen Signalausgängen:
Sinus, differentiellem Sinus
und LVPECL.
Mit einer engen Frequenzstabilität von
±20 ppm über den Betriebstemperaturbereich
von -40 °C bis 85 °C ergibt sich
eine Gesamtfrequenzabweichung vom
Nominalwert von lediglich ±70ppm
(inklusive Frequenztoleranz bei 25 °C,
sowie Abweichung über Betriebstemperaturbereich,
Versorgungsspannung,
Lastkapazität und Alterung über 10
Jahre bei 25 °C). Dieser neue Clock
Oszillator ist ideal geeignet für Anwendungen
wie 100G/400G Datenkommunikation,
Hochgeschwindigkeits-ADCs,
DACs & SerDes, ebenso wie für kohärente
optische Module.
Die neue Baureihe ist erhältlich mit
3,3 V Versorgungsspannung mit einem
maximalem Stromverbrauch von 70 mA
(Sinus) oder 120 mA (LVPECL) und
sehr geringem RMS Phasenjitter von
15 fs über 12 kHz bis 20 MHz (Sinus @
2,1930 GHz) oder 46 fs über 10 kHz bis
20 MHz (LVPECL @ 1,0960 GHz). Als
Verpackungseinheit kann der Oszillator
sowohl lose als auch auf Rolle geliefert
werden. Das ausführliche Datenblatt
finden Sie unter www.iqdfrequencyproducts.com
■ IQD Frequency Products Ltd
www.iqdfrequencyproducts.de
IQD hat einen neuen, hochstabilen und
phasenrauscharmen temperaturgesteuerten
Quarz oszillator (OCXO) auf den Markt
gebracht, der über den gesamten industriellen
Temperaturbereich von -40 bis +85
°C eine außergewöhnliche Frequenzstabilität
von bis nur noch ±1 ppb (Teile pro Milliarde)
bietet. Mit einem ausgezeichneten
Phasenrauschen von typisch -120 dBc/Hz
@10 Hz und -155 dBc/Hz @10 kHz ist der
IQOV-114 die ideale Wahl für den Einsatz
in Stratum-3-Applikationen, in 4G/LTE/5G-
Basisstationen, in Rundfunk-, Ethernet-,
Satellitenkommunikations-, Sonet/SDH-,
Radar- und WiMax-Anwendungen.
Der Frequenzbereich des IQOV-114 reicht
von 8,192 bis 30,72 MHz; die derzeit entwickelten
Frequenzen betragen 8,192, 10,
12,8, 13, 15,36, 16,384, 19,2, 20 und 30,72
MHz. Mit weniger als ±0,5 ppb pro Tag und
±50 ppb pro Jahr ist die Alterungsleistung
extrem gut. Die Schwankung der Versorgungsspannung
(Messung bezogen auf die
bei 25 °C beobachtete Frequenz, Variation
der Versorgungsspannung von 3,13 bis 3,47
V und eine Last von 15 pF) beträgt ±2 ppb
max., während die Kurzzeitstabilität oder
Allan-Varianz (temperaturstabil, keine EMI/
EMC oder andere Störungen, Test nach dem
Einschalten für 1 h bezogen auf 25 °C; 1 s)
bei maximal 0,01 ppb liegt.
Dieser HCMOS-basierte OCXO ist in einem
20 x 12,7 mm großen Sechs-Pad-Gehäuse
mit FR4-Basis und Metalldeckel untergebracht
und kann Lasten bis 15 pF ansteuern.
Er kann mit 3,3 V versorgt werden und verbraucht
während des Aufwärmens maximal
1000 mA sowie im stationären Zustand bei
25 °C maximal 500 mA. Diese neue Familie
ist Teil einer umfangreichen Reihe von
OCXOs, die von IQD erhältlich sind, darunter
Ausführungen mit einer extrem geringen
Phasenrauschleistung und einem winzigen
Gehäuse. Ausführliche Informationen zum
IQOV-114 finden Interessenten unter.
■ IQD Frequency Products, Ltd.
info@iqdfrequencyproducts.com
www.iqdfrequencyproducts.com
Euroquartz has launched a new range of
switchable crystal oscillators offering users
the ability to provide four different frequencies.
The new QuikXO HC_JF series oscillators
are available in frequencies from 15
to 2100 MHz with a choice of outputs including
LVCMOS (up to 250 MHz), LVPECL,
LVDS and CML differential. High current
steering logic (HCSL) differential outputs
are available for frequencies up to 700 MHz.
Integrated phase jitter performance of 150 fs
maximum makes these crystal oscillators
particularly suitable for high frequency
applications.
QuikXO HC_JF series crystal oscillators
are available at low cost and can be delivered
in days for prototypes with a choice of
supply voltages – 1.8, 2.5 or 3.3 V – across
the range apart from LVPECL with 2.5 and
3.3 V only. Customers can select any four
frequencies in the range and the oscillator
can switch to each as required, useful in
frequency bus distribution applications on
multi-processor boards where several frequencies
are required for the different processors.
The four chosen frequencies can
all be synchronised from the single crystal
oscillator instead of trying to sequence multiple
clocks to achieve switching in of the
various processors.
Frequency selection is made using two
logic control pads FS0 and FS1 to provide
the four user selectable frequencies with
frequency select timing of 2.5 ms maximum.
Frequency stability specifications of
±25, ±50 and ±100 ppm over both commercial
(-10 to +70 °C) and industrial (-40 to
+85 °C) temperature ranges are available
52 hf-praxis Best of 2018

Quarze und Oszillatoren
as standard. Other specifications include
maximum ageing of ±3ppm in first year,
duty cycle of 50% ± 5%, rise times of 0.35
ns maximum and current consumption from
62 to 99 mA typical. RoHS compliant, the
new QuikXO HC_JF crystal oscillators are
housed in industry standard 8-pad, 7 x 5 mm
surface mount packages.
■ Euroquartz, Ltd.
www.euroquartz.co.uk
macht das universelle RTC-Module RV-
3028-C7 flexibel einsetzbar und bietet alle
Voraussetzungen für beispielsweise Wearables,
mobile medizinische Geräte und verbrauchssensitive
IoT-Anwendungen.
■ WDI AG
www.wdi.ag
Oszillatoren mit extrem
niedrigem Phasenjitter
Hochstabiler Ultra-Niederspannungs-TCXO
Best of 2018
Meilenstein im Bereich der
Zeitreferenzen
Der Schweizer Hersteller Micro Crystal,
vertrieben durch die WDI AG, stellt mit der
RV-3028-C7 die weltweit erste Echtzeituhr
(RTC) mit nur 40 nA Stromverbrauch vor.
Eine Kombination aus Timing und Batterie-Backupschaltung
mit dem branchenweit
niedrigsten Stromverbrauch soll die Autonomie
unter rauen Bedingungen erhöhen
und so zur ersten Wahl für Wearable- und
IoT-Anwendungen werden.
Mit einem Stromverbrauch von nur 40
nA bei einer Versorgungspannung von 3
V sowie einer hohen Genauigkeit von ±1
ppm bei Raumtemperatur, welche eine spätere
Kalibrierung in der Fertigung des Kunden
überflüssig macht, setzt Micro Crystals
jüngstes RTC-Modul neue Maßstäbe. Die
RV-3028-C7 kombiniert in einem winzigen
3,5 x 1,5 x 0,8 mm SMD-Gehäuse den Quarz
mit der RTC-Schaltung und bietet sogar
einen integrierten Batterie-Backupschalter.
Zusammen mit dem extrem geringen Stromverbrauch
ermöglicht dies die Verwendung
von MLCC-Kondensatoren oder Super-Caps
zur Überbrückung der Backup-Zeit.
Weitere Features sind ein großer Eingangsspannungsbereich
von 1,2 bis 5,5 V, ein
32-Bit-Unix-Zeitzähler (z.B. für Sicherheitscode-Berechnungen)
sowie eine 400
kHz I²C-Schnittstelle.
Die Kombination aus weitem Versorgungsspannungsbereich,
extrem geringem Stromverbrauch,
zusätzlicher Batterie-Backupschaltung
und Event-Detektionseingang
Der in Großbritannien ansässige Spezialist
für frequenzbestimmende Bauteile Euroquartz
Ltd, vertrieben durch die WDI AG,
lanciert die neue Oszillatorserie EQHJ mit
einem extrem niedrigen Phasenjitter von
maximal 50 fs. Erhältlich sind die Oszillatoren
mit LVCMOS-Ausgang und einer Versorgungsspannung
von 1,8, 2,5 oder 3,3 V.
Entwickelt wurde die EQHJ-Serie für
Anwendungen, die ein extrem niedriges Phasenrauschen
erfordern. Hierzu gehören z.B.
Flachbildschirme, Videostreaming-Systeme
über externe Kabel (z.B. LDI), serielle Highspeed-Kommunikationsverbindungen
wie
Serial ATA & FireWire, SONET, xDSL,
SDH, Set-Top-Box und Ethernet-Karten.
Die Oszillatoren sind in den Frequenzen
von 5 bis 50 MHz erhältlich und bieten
eine Frequenzstabilität von ±25 ppm über
den industriellen Arbeitstemperaturbereich
von -40 bis +85 °C. Verfügbar sind die drei
SMD-Standardbauformen 7 x 5 x 1,4 mm,
5 x 3,2 x 1,2 mm und 3,2 x 2,5 x 1 mm. Die
Stromaufnahme reicht von typischerweise 3
bis maximal 10 mA für die größte Bauform.
Des Weiteren bietet die EQHJ-Serie eine
Lastkapazität von 15 pF (CMOS), eine
typische Startup-Zeit von 0,8 ms (maximal
5 ms) und eine Symmetrie von 50%
(±5 %). Charakteristische Anstiegszeiten
sind 5 ns für die kleinste Größe, bis zu 1,5
ns für die größte Bauform (maximal 10 ns
für alle Größen). Die maximale Alterung
beträgt ±3 ppm im ersten Jahr (±2 ppm in
jedem weiteren Jahr). Das Phasenrauschen
ist mit 48 fs typisch bei 3,3 V und 118 fs
typisch bei 1,8 V spezifiziert.
■ WDI AG
www.wdi.ag
IQDs neue temperaturkompensierte
Quarzoszillator-Familie IQXT-225
kommt mit einer extrem geringen Versorgungsspannung
von nur 1,2 V aus
und bietet dabei eine hervorragende Frequenzstabilität
von ±0,5ppm über einen
Betriebstemperaturbereich von -30 bis
+85 °C. Die Stromaufnahme wird mit
1,7 mA angegeben. Eine Enable/Disable-Funktion
an Pin 1 ermöglicht den
Stromsparbetrieb. Im Disable-Modus
beträgt der Stromaufnahme nur 3 µA.
Folgende sechs häufig verwendete Frequenzen
stehen zur Verfügung 16,368,
16,369, 19,2 MHz, 26, 33,6 und 38,4
MHz. Der neue TCXO IQXT-225 verfügt
über einen Clipped-Sinewave-
Ausgang und ist für eine Lastimpedanz
von 10 kOhm//10 pF ausgelegt. Der
neue TCXO bietet ein Phasenrauschen
von -135 dBc/Hz bei 1 kHz Offset und
zeichnet sich durch eine Hochlaufzeit
von 2 ms aus.
Dieses in einem hermetisch versiegelten
Keramikgehäuse von 2 x 1,6 x 0,7
mm untergebrachte Bauteil eignet sich
optimal für Anwendungen, bei denen
die Batterielebensdauer von entscheidender
Bedeutung ist, typischerweise
für Internet of Things (IoT), in persönlichen
Navigationsgeräten (PND), tragbaren
Testgeräten, Wearables sowie in
der drahtlosen Kommunikation.
Verpackungsoptionen
sind „Rollenware“ oder „Gurtabschnitt“.
Ab sofort steht eine Reihe von Standardspezifikationen
ab Lager zur Verfügung
– entweder direkt bei IQD oder
über die umfassende Palette weltweiter
Distributoren. Detaillierte Datenblätter
finden Interessenten unter www.iqdfrequencyproducts.com.
■ IQD Frequency Products, Ltd.
info@iqdfrequencyproducts.com
www.iqdfrequencyproducts.com
hf-praxis Best of 2018 53

Quarze und Oszillatoren
Best of 2018
Quarze mit geringem Phasenrauschen
Bild 1: Verfügbare Gehäusetypen der ULN-Quarze
Bei der Entwicklung der ULN-
Quarze (Ultra Low Noise) hat
Vectron International nicht nur
spezifische Resonator-Parameter
berücksichtigt, sondern auch viel
Wert auf eine sorgfältige Auswahl
der Rohstoffe gelegt.
Durch spezielle Fertigungsverfahren,
Bearbeitungsschritte und
Prozessparameter gewährleisten
die ULN-Quarze ein extrem
geringes Phasenrauschen. Die
Ultra Low Noise Quarze zeichnen
sich durch konsistente und
höchste Leistung aus und eignen
sich selbst für anspruchsvollste
Anwendungen.
Für alle gängigen Frequenzen
sind Standardprodukte erhältlich.
Auf Anfrage sind auch kundenspezifische
Frequenzen und
kleine Fertigungslose verfügbar.
Bild 3a: Phasenrauschen bei 10 MHz 3. Oberton SC-
Schnitt
Merkmale:
• 3. Oberton von 5 bis
60 MHz
• 5. Oberton von 10 bis 150
MHz
• Standardmäßiger Betriebstemperaturbereich:
-45 bis
80 °C
• AT-, SC- und IT-Schnitte
• RoHS & WEEE konforme
Gehäuse
• Strahlungsfeste Schwingquarze
für Raumfahrtanwendungen
auf Anfrage
Anwendungen
• Signalgeneratoren
• Netzwerk-/Spektrumanalysatoren
• Frequenzreferenzen
• Radarsysteme
• Militärische Funksysteme
• Elektronische Kriegsführung
Bild 2: Vergleich des Phasenrauschens von Standard- und L2-Low-Noise-
Produkten
• Navigation
• Satellitenempfänger/Transceiver
Bild 3b: Phasenrauschen bei 100 MHz 5. Oberton SC-
Schnitt
Auswahlhilfe für
Quarze
Geringe Jitter-, ADEV- (Allan
Deviation) und MTIE-Werte
(Maximum Time Interval Error)
sowie ein hoher Störabstand lassen
sich in einem System nur
durch den Einsatz von Quarzen
mit hoher Güte erreichen.
Für das trägernahe Phasenrauschen
einer Oszillator-Schaltung
ist im Allgemeinen das Verhalten
des Quarzes ausschlaggebend.
Quarze mit AT-Schnitt zeichnen
sich durch ein geringes Phasenrauschen
im trägernahen Bereich
aus, während Quarze mit SC-
Schnitt normalerweise verwendet
werden, wenn es auf ein niedriges
Grundrauschen ankommt,
da sie höhere HF-Leistungen
handhaben können.
In rauscharmen Anwendungen
werden Oberton-Designs statt
Grundton-Designs verwendet,
weil sie höhere Güten und geringere
Alterungsraten aufweisen.
Üblich sind 3. Oberton-Designs
von 5 MHz bis 45 MHz und 5.
Oberton-Designs von 50 MHz
bis 150 MHz.
Technische
Informationen
Wie im Bild 2 dargestellt, ist das
Grundrauschen bei Oszillatoren,
die keine Frequenzmultiplikation
verwenden, nahezu unabhängig
von der Quarzfrequenz.
Für Anwendungen mit geringem
Grundrauschen sollte möglichst
ein Quarz mit der höchsten Frequenz
verwendet werden, bei
der die langfristigen Stabilitätsanforderungen
noch erfüllt
werden. Wenn eine Anwendung
mit höherer Frequenz ein minimales
Close-in-Phasenrauschen
erfordert, bringt oftmals eine
Frequenzmultiplikation Vorteile.
Dies ist darauf zurückzuführen,
dass das Close-in-Phasenrauschen
überproportional besser
ist als die Rauschleistung von
Quarzen mit höherer Frequenz.
Werden eine zusätzliche Kapazitätsdiode
und ein Quarz mit
moderater Güte verwendet, die
normalerweise in TCXOs- und
54 hf-praxis Best of 2018

Quarze und Oszillatoren
Best of 2018
Bild 4: Messung des Phasenrauschens mit einem Netzwerk-Analysator HP-
5052B
VCXOs zu finden sind, verschlechtert
sich das trägernahe
Rauschen im Vergleich zu nicht
kompensierten Quarzoszillatoren
mit fester Frequenz.
Messung des
Phasenrauschens bei
Quarzen
Für viele Anwendungen können
die Quarze von VECTRON die
gewünschte Phasenrausch-Leistung
standardmäßig erfüllen. Für
anspruchsvolle Anwendungen
kann das Phasenrauschen der
Quarze auf der Basis von Stichproben
oder zu 100% gemessen
werden.
Das Phasenrauschen von Quarzen
wird durch das Einsetzen
des Bauteils in eine rauscharme
Oszillatorschaltung gemessen.
Die Pass-/Fail-Grenzwerte können
per Software bei Offsets
von 10 Hz bis 100 kHz gesetzt
werden. Diagramme des Phaserauschens
kann VECTRON
auf Wunsch mit den Bauteilen
liefern.
Bild 5: Screenshot der Messergebnisse
Führende Produkte
10 MHz
3. Oberton SC-Schnitt:
Gehäuse: XR-U (HC37/TO-8)
Alterung: 100ppb 1. Jahr
Alterungsrate:

Mikrowelle
Best of 2018
Multichannel Rotating Joint
Assembly for S-Band Radar
Application
S-Band-Drehkupplungen für die Raumfahrt
Spinner hat sein Portfolio an
Drehkupplungen für Space-
Anwendungen erweitert, diese
werden insbesondere in Antenna-
Pointing-Mechanismen verwendet.
Viele der bereits für die
Raumfahrt verfügbaren Drehkupplungen
arbeiten im X-,
K- oder Ka-Band. SPINNER
hat nun auch Einheiten für das
S-Band entwickelt.
Auf Basis der bewährten kontaktlosen
HF-Übertragungstechnologie
konnte Spinner die
konstruktions- und produktionsbedingten
Hürden überwinden
und S-Band Drehkupplungen
erstellen, welche in ihren äußeren
Abmessungen trotz der längeren
Wellenlänge mit denen
von Drehkupplungen für höhere
Frequenzen vergleichbar sind.
Dank ihrer kompakten Form
und der Verwendung spezieller
Aluminiumlegierungen sowie
anderer, speziell für die Raumfahrt
entwickelter Materialien,
beträgt das Gesamtgewicht einer
solchen Drehkupplung unter 100
Gramm.
Die S-Band Drehkupplung hält
einer durchschnittlichen Leistung
von bis zu 10 W stand
bei einem VSWR von maximal
1,15 und einem VSWR WOW
von maximal 0,05. Der Insertion
Loss ist mit max. 0,25 dB
sehr niedrig, während der Insertion
Loss WOW 0,05 dB nicht
überschreitet. Diese Werte sind
garantiert unter Volllast für einen
extrem weiten Temperaturbereich
(-100 bis +120 °C).
Kompakte
Abmessungen
Dank ihrer kompakten Abmessungen
und hervorragenden
Übertragungseigenschaften
bieten diese Drehkupplungen
ein hohes Maß an Flexibilität
in der Auslegung von Antenna-
Pointing-Mechanismen. Der
Frequenzbereich lässt sich bei
Bedarf anpassen. Dies eröffnet
zusätzliche Möglichkeiten
für die direkte Kommunikation
zwischen Satelliten und Basisstationen
sowie die Entwicklung
von Satelliten.
■ SPINNER GmbH
www.spinner-group.com
Link Microtek has successfully
created and shipped a
complex, one-metre-long
microwave rotating joint
assembly for an S-band
ground-based radar. Allowing
microwave signals to be fed to
and from a radar antenna, such
large rotating joint assemblies
are an essential component of
the S-band radar systems that
are used around the world in
air-traffic control, weather
forecasting and shipborne
applications.
The rotating joint assembly
incorporates one WR284
waveguide channel for 2.7-3.1
GHz (S-band) transmissions
up to a peak power of 200 kW,
four N-type coaxial channels
for 2.7-3.1 GHz transmissions
up to a peak power of 1 kW,
two N-type coaxial channels
for 1-1.1 GHz (L-band) transmissions
with a peak power 10
kW, and a 35-way slip ring and
brush block for feeding DC
power to the antenna.
As is usual for radar applications,
the assembly had been
specified for continuous rotation
at up to 60 rpm, so the
finished unit was subjected to
a prolonged run-in programme
and comprehensive electrical
testing on a custom-built
test rig at Link Microtek’s
Basingstoke facility.
■ Link Microtek, Ltd.
sales@linkmicrotek.com
www.linkmicrotek.com
9-Way Radial Combiner for Radar
Link Microtek has designed and
produced a compact high-power
9-way radial combiner specifically
for BAE Systems as part of
a programme to upgrade customers’
S-band radar transmitters
56 hf-praxis Best of 2018

Mikrowelle
by replacing their magnetrons with multiple
solid-state power amplifiers (SSPAs).
Typically, the SSPAs are individual blades
housed within a 19in cabinet, and their outputs
need to be combined then fed via waveguide
to the radar’s large rotating antenna; it
is this function that the special 9-way combiner
performs.
According to Link Microtek’s managing
director, Steve Cranstone, there were several
challenges involved in the design of the
special combiner: “Firstly, the device had
to be able to handle extremely high microwave
power and be sufficiently small to fit
comfortably at the back of an SSPA cabinet.”
In addition to meeting these specifications,
there was another crucial consideration. One
of the main reasons for upgrading radar
transmitters with SSPA technology is to
introduce a degree of fault tolerance into the
system. Another advantage of the resonantcavity
design is its compact size compared
with other types of combiner. The 9-way
device, with its impressive peak power capability,
measures just 194 mm in diameter
and has a depth of only 58 mm, excluding
the N-type input connectors and WR284
waveguide output. In terms of microwave
performance, the combiner achieves a SWR
of 1.4 (maximum), an insertion loss of less
than 0.5 dB and a peak input power rating
of 2.5 kW.
To complement the combiner, Link Microtek
also designed and produced a special 50 dB
S-band WR284 coupler for monitoring the
microwave power at the combiner’s output.
Both parts are fabricated from aluminium
with a satin black finish.
■ Link Microtek, Ltd.
sales@linkmicrotek.com
www.linkmicrotek.com
Mikrowellen-Synthesizer
mit branchenführenden
Eigenschaften
Analog Devices kündigte einen breitbandigen
Synthesizer mit integriertem VCO an,
der durch richtungsweisende Leistungsfähigkeit
und Flexibilität gekennzeichnet ist und
sich ideal für verschiedenste Anwendungen
eignet. Beispiele sind der Aerospace- und
Wehrtechnik-Bereich, die Mobilfunk-Infrastruktur,
Mikrowellen-Richtfunkstrecken,
elektronische Prüf- und Messinstrumente
sowie Satellitenterminals.
Der neue breitbandige Fractional-N-Synthesizer
ADF5610 erzeugt Taktsignale
von 55 MHz bis 15 GHz und zeichnet sich
durch das branchenweit geringste Phasenrauschen
eines Single-Chip-Bausteins aus.
Im Vergleich zu alternativen Lösungen, die
mehrere schmalbandige GaAs-VCOs und
PLLs erfordern, bietet der ADF5610 eine
um 50% reduzierte Leistungsaufnahme
sowie weniger Platzbedarf und eine einfachere
Architektur.
Auf der Basis des proprietären, fortschrittlichen
SiGe-BiCMOS-Prozesses ermöglicht
der ADF5610 große Modulationsbandbreiten
und niedrige Bitfehlerraten. Er bietet ein
branchenführendes VCO-Phasenrauschen
von -114 dBc/Hz bei 100 kHz Offset bzw.
-165 dBc/Hz bei 100 MHz Offset, jeweils
bei 10 GHz, sowie ein niedriges normalisiertes
Grund-Phasenrauschen (FOM) von
-229 dBc/Hz. Die integrierte PLL-Funktion
überzeugt durch schnelle Frequenzwechsel
und kurze Einrastzeiten von unter 50 µs
mit einem entsprechenden Schleifenfilter.
Die Störlinien des Phasendetektors sind
typisch geringer als -45 dBc, und die HF-
Ausgangsleistung beträgt 6 dBm. Der breitbandige
Fractional-N-Synthesizer ADF5610
lässt sich einfach in Designs einbinden und
wird vollständig durch ADIsimPLL unterstützt.
Mit diesem umfassenden und einfach
anzuwendenden Tool für das Design
und die Simulation von PLL-Synthesizern
lassen sich Aussagen über das Phasenrauschen,
die Einrastzeit, den Jitter und weitere
design-relevante Parameter einholen.
Mithilfe der integrierten SPI-Schnittstelle
und der Steuerungssoftware ist der Baustein
außerdem anwenderseitig programmierbar.
Der ADF5610 ist für einen Temperaturbereich
von -40 bis +85 °C spezifiziert. Er
kann an analogen und digitalen Stromversorgungen
mit 3,3 V Nennspannung ebenso
betrieben werden wie an der 5V Versorgungspannungen
der Ladungspumpen und
VCO und ist kompatibel zum 1,8-V-Logikpegel.
Hardwaremäßige und softwaremäßige
Power-Down-Modi ergänzen den Ausstattungsumfang.
Das LFCSP misst 7 x 7 mm.
■ Analog Devices, Inc.
www.analog.com
Electromechanical
Switches Covering DC to
40 GHz with Low Insertion
Loss
Fairview Microwave, Inc. has unveiled a
new series of low insertion loss repeatability
electromechanical switches. These
electromechanical switches exhibit low
insertion loss repeatability which is
guaranteed over millions of switching
cycles. This performance is extremely
useful to help maintain overall system
measurement accuracy.
Fairview’s twelve new electromechanical
switches exhibit extremely low insertion
loss repeatability with guaranteed
levels of 0.03 to 0.05 dB over 5 to 10
million switching cycles, depending on
the model. Performance includes low
insertion loss of 0.3 dB with high isolation
of 100 dB typical, and input power
ratings of up to 70 watts CW and up to
1 watt for hot switching applications.
These switches cover broadband frequencies
from DC to 40 GHz and are
offered in three configurations: singlepole
double-throw (SPDT), single-pole
four-throw (SP4T) and single-pole sixthrow
(SP6T). They have latching actuators
and desirable features that include
indicators, self-cut-off, TTL and 50 Ohm
terminations.
These rugged, MIL-grade electromechanical
switches are RoHS and REACH
compliant and guaranteed to meet MIL-
STD-202 environmental test conditions
that include exposure to humidity, altitude,
temperature cycling, vibration and
shock. Another important feature is all
package designs are shielded for EMI/
RFI protection and magnetic fields.
Models are available with either SMA
or 2.92 mm connectors depending on
the operational frequency. Multi-throw
models support HE10 connectors with
ribbon cable assemblies for DC, indicator
and TTL logic controls, and all
models are export-rated as EAR99.
■ Fairview Microwave
www.fairviewmicrowave.com
Best of 2018
hf-praxis Best of 2018 57

EMV
Best of 2018
EMV in der Praxis:
Die besten Abschirm-Tipps und Tricks
Entsprechend des thematischen
Schwerpunkts dieser
Ausgabe veröffentlichen
wir hier eine Auswahl von
Abschirmmaßnahmen zur
Erzielung einer besseren EMV-
Performance insbesondere
von Baugruppen für die
Hochfrequenztechnik
Wenn ein Kabel, eine Leitung oder ein Draht
durch eine Abschirmung führt, jedoch nicht
komplett (direkt oder mit seinem eigenen
Schirm) mit dieser Abschirmung verbunden
ist, dann ist davon auszugehen, dass sie wie
eine Antenne wirkt und sich ihre schirmende
Wirkung verringert. Dies ist in besonderem
Maße bei höheren Frequenzen der Fall. Wie
die folgende Abbildung illustriert, kann man
mit abschirmendem (leitenden) flexiblem
Material dieses Problem recht gut in den
Griff bekommen.
- Level III: Man kombiniert obige Methoden,
schirmt also so gut wie möglich (optimal
= bestmöglich) ab. Existieren mehrere
Platinen, werden diese noch mit einem
gemeinsamen Schirm versehen, das ergibt
die unten dargestellte dreifache Schirmung.
Das Abschirmen an der Quelle ist für
gewöhnlich die kosteneffizienteste Lösung.
Die schirmende Abdeckung kann mit speziellen
Clips befestigt werden. Sie ist daher
leicht und schnell entfernbar.
Im Allgemeinen besteht eine Abschirmung
aus mehreren Lagen/Schichten oder auch
Zonen. Der Grund besteht darin, dass ein
solcher Aufbau kostengünstiger ist als eine
Lösung aus nur einer Schicht für gleiche
Abschirm-Performance. Es ist in diesem
Zusammenhang einfach, drei Zonen zu
definieren:
- Level I: Die Komponente auf der Platine
wird durch eine Haube abgeschirmt. Man
spricht von einer Schirmung an der Quelle.
Eine weitere Möglichkeit der Befestigung
ist das Pin-Mounting. auch dafür gibt es
spezielle System, etwa für durchführende
Löcher oder mit integrierten Pins an der
Abschirmung zum direkten Auflöten.
Mit freundlicher Genehmigung
der Firma Infratron
Quelle :
100 Shielding Tips and Tricks,
Infratron GmbH,
Produktion und Vertrieb,
www.infratron.de
- Level II: Die gesamte Leiterplatte wird
durch eine Folie, Umhüllung oder Box
abgeschirmt (oder die Platine wird mitsamt
aller an ihr angeschlossenen Kabel in eine
schirmende Box gesetzt).
Niemals sollte Wasser eine Abschirmung
erreichen oder sich darauf bilden können.
Besteht jedoch diese Gefahr, sind besonders
die Montagepunkte zu schützen. Dazu gibt
es spezielle Abdichtungsmethoden. So kann
man eine Art ringförmige Versiegelung um
die Pins/Bolzen herum anbringen. Die entsprechenden
Materialen besitzen zusätzlich
auch noch eine positive EMV-Wirkung.
Für kleinere Teile, wo in der Umgebung
wenig Platz bereitsteht, kann man Gummi
benutzen. Dieses Dichtungsmaterial gibt es
in Form von Profilen und Flächen, und es
lässt sich präzise in die gewünschte Form
58 hf-praxis Best of 2018

EMV
bringen. Für größere Teile kann eine Dichtungsmaterial-Kombination
gut geeignet
sein. Eine solche EMI-Dichtung kombiniert
z.B. Neoprene und Silikon oder EPDM-
Gummi. Neoprene hat eine hohe Flammenbeständigkeit
und widersteht Temperaturen
im Bereich -40 bis +100 °C. Silikon-Gummi
ist bei Temperaturen bis zu 220 °C einsatzfähig.
EPDM-Gummi lässt sich um bis zu
120° verbiegen.
Eine große Konstruktion ist etwa ein Fullsize-Rack
mit einer Tür oder ein Serverschrank.
Hier bietet sich eine ultrasofte
Doppelabschirmung mit separater Wasserdichtung
oder eine geknickte Haube über
einer Silikonumrandung als Wasserdichtung
in V-Form an, Dicke etwa 6 bis 10 mm.
Andere hilfreiche Produkte, etwa in textiler
Umhüllung, oder anclipbare Dichtungen
sind lieferbar.
sind sie ideal: Sie stören nicht und können
nicht gestört werden. Das folgende Bild
zeigt einen Fiber Optic Converter in Kombination
mit einem Hohlleiter (Waveguide).
Best of 2018
Spalten in Gehäusen sind umso kritischer,
je höher die Frequenz ist. So kann man etwa
durch den Spalt in einer Schranktür mit
einer IR-Fernbedienung bequem ein Gerät
im Schrank steuern. Man muss daher den
Bereich zwischen Deckel/Tür eines schirmenden
Gehäuses/Kastens und dem Grundkörper
selbst besonders beachten. Hierbei
macht es Sinn, zwischen kleinem, mittlerem
und großem Format zu unterscheiden.
Bei kleineren Größen, etwa bis 200 x 200
mm, kann man zwischen Grundkörper und
Deckel ein schirmendes Gummiband einlegen
oder in einem Schlitz einen EMV-Dichtungsschlauch
von 2 bis 3 mm Durchmesser.
Für spezielle Konstruktionen bietet etwa
der Infratron-Kundenservice „Schnittmuster”
und Profile nach Kundenvorgaben.
Dabei sind wasserdichte EMI-Dichtungen
in jeder Form und Größe herstellbar aus
Material wie z.B. leitfähigem Gummi oder
mit mehrfacher Schirmung und kleinen leitenden
Drähten im Material. Diese haben
einen Kompressionsgrad von 10 bis 15%.
Metallisierung unter Vakuum ist eine andere
Abschirm-Option, die auch teilweise erfolgen
kann. Infolge des Aufwands eignet sich
diese Methode aber nicht für Kleinserien.
Bei mittelgroßen Konstruktionen, etwa verzinkt
oder aus Stahl, kann man eine zusätzliche
federnde Einlage vorsehen, dies auch
kombiniert mit Gummischlauch.
Kabelabschirmungen bewirken bekanntlich
eine elektrische Abschirmung. Diese wirkt
aber nur, wenn sie am Masse liegt. Da die
Abschirmung auch noch als Signalleiter
dient, ist sie an Quelle und Senke mit Masse
verbunden. Treten jedoch Unterschiede zwischen
den Massepotentialen auf, wirkt diese
Differenz als Störsignal. Meist hat dieses
Netzfrequenz (50 Hz), ist also leicht auszufiltern.
Das Bild unten gibt ein Beispiel
für ein solches Filter.
Soll die Abschirmung luftdurchlässig sein
(Wärmeabführung), bewärt sich eine Wabenstruktur
(Honeycomb). Hier sind verschieden
große und dicke Ausführungen möglich,
auch mit Staubfilter. Standard ist der
kosteneffektive Honeycomb aus Aluminium.
Ein Honeycomb-Ventilationspanel kann
gerahmt und vorgebohrt sein zwecks einfachster
Montage, auch Laschen sind möglich.
Es lässt sich so gestalten, dass man es
klemmend montieren kann.
Für die schnelle Signalübertragung kommen
Glasfaserleitungen immer mehr zur
Anwendung. Vom EMV-Standpunkt her
hf-praxis Best of 2018 59

Module
Best of 2018
GNSS-RTK-Modul basiert auf neuer Technologie
Die Firma u-blox kündigte das hochgenaue
Multiband-GNSS-Modul ZED-F9P mit integrierter
RTK-Technologie (Real Time Kinematikcs)
für Anwendungen in den Bereichen
Maschinensteuerung, Roboter unbemannte
Fahrzeuge und Flugzeuge (Drohnen) an.
Kleine Abmessungen
Das Modul ZEDF9P misst lediglich 17 x
22 x 2,4 mm. Es nutzt die Technologie der
vor kurzem angekündigten u-blox F9-Plattform
und bietet eine zuverlässige, leistungsstarke
Positionierung von hoher Präzision
in Sekundenschnelle. Das ZED-F9P ist der
erste Multiband-Empfänger für den Massenmarkt,
der simultan GNSS-Signale von allen
vier GNSS-Konstellationen (GPS, GLO-
NASS, Galileo und BeiDou) verarbeitet.
Durch die Kombination von GNSS-Signalen
aus mehreren Frequenzbändern (L1/L2/L5)
und der RTK-Technologie ist das Modul
ZEDF9P in der Lage, in Sekundenschnelle
eine zentimetergenaue Positionierung zu
liefern. Der Empfang von mehr Satellitensignalen
zu jedem Zeitpunkt maximiert
die Verfügbarkeit zentimetergenauer Positionen
selbst in schwierigen Umgebungen
wie z.B. in Städten.
Hochdynamische Anwendungen
Durch seine hohe Updaterate eignet sich das
Modul ZEDF9P optimal für hochdynamische
Anwendungen wie etwa UAVs. Dank der
Integration hochentwickelter Multiband-
RTK-Algorithmen ist keine zusätzliche
Hardware und keine RTK-Bibliotheken
erforderlich. Das Produkt ist sofort einsatzbereit
und einfach zu integrieren. Es unterstützt
Produktentwickler dabei, ihre Ideen
schnell auf den Markt zu bringen.
Kleiner und energieeffizienter
Das ZED-F9P ist ganz dafür konzipiert, die
drei Haupthürden zu überwinden, die bisher
verhindert haben, dass die zentimetergenaue
Positionierung den Massenmarkt
erobern konnte: Kosten, Größe und Stromverbrauch.
ZED-F9P ist deutlich kleiner und
energieeffizienter als bisherige Lösungen.
Als kostengünstige Lösung wird das Produkt
neue hochpräzise Positionierungsanwendungen
für den Massenmarkt erschließen.
„Der neue GNSS-Empfänger ZED-F9P
baut auf dem Erfolg unseres Hochpräzisions-GNSS-Moduls
NEO-M8P auf, bietet
jedoch eine deutlich erweiterte Performance,
da es alle verfügbaren GNSS-Signale
nutzt“, so Mårten Ström, Senior Principal
Product Management, von ublox. „Indem
wir die Verfügbarkeit von zuverlässiger
und erschwinglicher hochpräziser Positionierungstechnologie
steigern, erwarten wir,
Innovationen voranzutreiben und eine neue
Generation GNSS-Navigationsanwendungen
von höchster Genauigkeit zu ermöglichen.“
■ ublox AG
info@u-blox.com
www.u-blox.com
Dual-channel rotary joint for X-band Radar systems
MSC Technologies hat sein Produktportfolio
um das leistungsstarke WiFi/Bluetooth-Kombimodul
SPB228 von H&D
Wireless (Schweden) erweitert dieses
bereits vollimplementiert auf den MSC-
SMARC-Modulen präsentiert. Dieses neue
Modul unterstützt dual frequency 802.11
a/b/g/n/ac mit einem 2 x 2 Multi-User
Radio und Bluetooth 5.0 Dual Mode. Mit
seinen kompakten Abmessungen von 12 x
16 mm in dem lötbaren M.2-1216-Formfaktor
und dem erweiterten Temperaturbereich
von -40 bis +85 °C ist das Kombinmodul
optimal für vielfältige High-End-
Anwendungen geeignet. Es basiert auf
dem Marvell Chipset 88W8997, welcher
Langzeitverfügbarkeit garantiert.
Das WiFi/Bluetooth-Kombimodul SPB228
unterstützt 802.11ac mit verschiedenen
Modulations- und Coding-Schemes wie
MCS0 bis MCS9, VHT20 bis VHT80 und
BPSK, CCK, QPSK, 16QAM, 64QAM
sowie 256QAM für WLAN, was Datenraten
von bis zu 866,7 Mbit/s bei Nutzung
des 2x2 Multi-User MiMo erlaubt. Das
Bluetooth 5.0 bietet sowohl Bluetooth
Classic wie auch Bluetooth-LE-Funktionalität
und dies auch bei simultaner Nutzung
des WiFi-Systems. Koexistenz-Funktionen
werden zu Bluetooth aber auch zu
LTE unterstützt.
In dem hochintegrierten Modul sind RF,
Baseband/MAC, Bluetooth Engine, RF-
Filter und der Oszillator vereint. Das
SPB228 wird von einem Linux OS auf
einem Host Controller gesteuert. Die Host-
Schnittstellen unterstützen USB 3.0, SDIO
und PCIe. Zusätzlich werden ein PCM
Audio Interface und weitere Schnittstellen
geboten. Auch die Funkschnittstelle
bietet exzellente Leistungswerte mit einer
Empfangsempfindlichkeit von bis zu -98
dBm und einer Ausgangsleistung von
maximal 16 dBm, was eine gute Funkreichweite
garantiert. Dank der modernen
Chip-Technologie lässt sich ein geringer
Stromverbrauch sogar im Sendemodus
erreichen, wie z.B. 350 mA in 2,4 GHz
802.11 /b mode (1 Mbps).
Als Sicherheitsfunktionen werden WEPund
WPA/WPA2-Verschlüsselung geboten.
Weitere Software-Funktionen sind WiFi
Direct; die simultane Nutzung von SoftAP
und Station Mode sind möglich. MSC
Technologies hat eine volle Integration
des SPB228-Moduls auf seinen neuen
SMARC-2.0-Modulen MSC SM2S-ZUSP
und MSC SM2S-IMX8M vorgenommen.
Alle gebotenen Funktionen werden voll
unterstützt. Im Board Support Package
dieser Boards sind die Treiber bereits enthalten.
Zur schnellen Systemintegration
stehen Referenz-Designs und Evaluation
Tools zur Verfügung.
■ MSC Technologies GmbH
www.msc-technologies.eu
60 hf-praxis Best of 2018

Module
Aktives GNSS-Antennenmodul mit
LNA und SAW zur besseren Ortung an
problematischen Orten
Kleines Radar- Transceivermodul
für die Bewegungserkennung
im Innen- und Außenraum.
Geeignet ist das Modul insbesondere
für die Messung von
Bewegung und Geschwindigkeit,
für die Detektion von
Personen und Fahrzeugen
sowie für Sensoren für Türsteuerungen
und Security-
Anwendungen.
Best of 2018
Die Endrich Bauelemente
Vertriebs GmbH präsentierte
eines der weltweit
kleinsten Radar-Sensormodule.
Das unter der Bezeichnung
K-LD2 angebotene
Modul des Schweizer Herstellers
RFbeam Microwave
GmbH misst lediglich 25 x
25 mm. Es bietet integrierte
Signalverarbeitung und ein
Antennen-Diagramm von 80
auf 34°. Entwickelt wurde es
Für einen schnellen Einstieg
ist ein Starterkit mit umfangreicher
Dokumentation und
Auswertungs-Software erhältlich.
Damit können einfache
Anwendungen sofort auf
ihre Machbarkeit überprüft
werden.
■ Endrich Bauelemente
Vertriebs GmbH
endrich@endrich.com
www.endrich.com
Antenova, Ltd., Hersteller von
Antennen und RF-Antennenmodulen
für angeschlossene Geräte
und das Internet der Dinge, verschickt
jetzt sein jüngstes Modul
kleinster Ortungsgeräte, das
Radionova M20047-1. Dabei
handelt es sich um ein aktives
Antennenmodul für GNSS-
Anwendungen in den Satellitenbändern
von 1559 bis 1609 MHz
unter Verwendung von GPS,
Glonass, Galileo oder BeiDou.
Das M20047-1-Antennenmodul
besteht aus einer SMD-Antenne
mit integrierten aktiven Komponenten:
einem LNA-Filter
und SAW zur Verstärkung der
Antennenleistung, sodass Designer
diese nicht mehr hinzufügen
müssen. Alle Komponenten
sind in einem FR4-Teil mit geringem
Stromverbrauch enthalten,
das Maße von nur 7 x 7 x 0,9 mm
und ein Gewicht von weniger
als 2 g aufweist. Der integrierte
LNA mit Filter verstärkt das
Signal zum GNSS-Rechner in
Umgebungen mit beschränkter
Sichtverbindung auf den Himmel
und problematischer Sichtlinie
zum Horizont.
Antenova hat außerdem eine
externe Anpassungsfunktion hinzugefügt,
um etwaige Verstimmungen
der Antenne durch nahe
gelegene sonstige Bauteile, wie
ein Kunststoffgehäuse oder eine
Batterie, auszugleichen.
Der vom Antennenmodul
benötigte Freiraum beträgt nur
7 x 5 mm. Zusammen mit seiner
winzigen Größe eignet sich das
M20047-1 dadurch perfekt für
kleine Ortungsgeräte, wo Platz
auf der Platine knapp ist, zum
Beispiel in tragbaren Geräten,
beim Asset-Tracking, in Sportskameras
und -ausrüstung sowie
in Smart-Uhren.
Das M20047-1 stellt eine
nützliche Alternative zur vorhandenen
„Sinica“-Antenne,
Artikel-Nr. SR4G008, dar, die
Antenova ebenfalls für Ortungsaufgaben
empfiehlt.
Die Antennen von Antenova
wurden eigens zur einfachen
Integration entwickelt, und das
Datenblatt und der Evaluations-
Kit für das M20047-1 sind erhältlich
über www.antenova.com.
Antenova bietet außerdem einen
kompletten technischen Support,
Antennenprüfung, Abstimmung
und Integration für seine
Kunden.
■ Antenova, Ltd.
www.antenova-m2m.com
hf-praxis Best of 2018 61

Bauelemente
Best of 2018
Entwicklung von Phased-Array-Radarsystemen vereinfacht
Analog Devices, Inc. stellte unter der
Bezeichnung ADAR1000 einen hochintegrierten
aktiven Antennen-Beamforming-Chip
vor, der es Entwicklern erlaubt,
sperrige, mechanisch geführte Antennenplattformen
durch eine kompakte Halbleiterlösung
für phasengesteuertes Radar
(Phased-Array-Radar) und Kommunikationssysteme
zu ersetzen.
Der ADAR1000 vereinfacht die Entwicklung
und reduziert den Platzbedarf sowie
das Gewicht und die Leistungsaufnahme
von Phased-Array-Radarsystemen für die
Bereiche Verteidigung, Überwachung, Flugsicherung,
Kommunikation und Wetterbeobachtung.
Entwickler von Luftfahrtsystemen
können mit dem ADAR1000 Flachbzw.
Planarantennenarrays einsetzen, was
Radarsysteme mit flacherem Profil sowie
kleinere und leichtere Flugzeuge ermöglicht.
Plug&Play-Chip
Beim ADAR1000 handelt es sich um einen
Plug&Play-Chip, der Ingenieuren mit wenig
oder keiner HF-Erfahrung in die Lage versetzt,
leistungsfähigere Radarsysteme mit
längerer Lebensdauer zu realisieren. Der
vierkanalige aktive Antennen-Beamforming-Chip
ADAR1000 ersetzt zwölf diskrete
Bauteile, die für Antennen-Phasenverstärkungseinstellungen
und digitale
Steuerungen benötigt werden. Das Bauteil
unterstützt TDD (Time Division Duplexing)
über das X-Band und die Ku-Bänder. Es enthält
einen integrierten T/R-Schalter, der sich
nutzen lässt, um den gemeinsamen Port als
Eingang für die Übertragung (Tx) oder den
Ausgang zum Empfang (Rx) zu wählen.
Die vier Paare mit Tx- und Rx-Kanälen
haben unabhängig programmierbare Verstärkungs-
und Phaseneinstellungen. Der
ADAR1000 lässt sich so konfigurieren, dass
er mit nur wenigen zusätzlichen Bauteilen
alle Aspekte beim externen T/R-Modul-
Pulsing direkt steuern kann. Alle Einstellungen
können für einen schnellen Zugriff
auf Verstärkungs-/Phasen-Zustände und
T/R-Moduleinstellungen in internen Speicher
geladen werden.
Beim ADAR1000 handelt es sich um einen
skalierbaren Funktionsblock zum schnellen
Implementieren von aktiven Antennen-Phased-Arrays
für Radar- und Kommunikationssysteme
der nächsten Generation ohne
die Notwendigkeit von umfassender Third-
Party-Entwicklungsunterstützung.
■ Analog Devices. Inc.
www.analog.com
Aktiver Low-Power-Mischer
für 30 MHz bis 7 GHz
Analog Devices kündigte den LTC5562
an, einen aktiven Doppelgegentakt-Hochleistungsmischer
(„double balanced“) mit
geringem Leistungsbedarf, der 50 Ohm
analog über einen Frequenzbereich von 30
MHz bis 7 GHz abstimmt ist. Dieser vielseitige
Mischer kann mit einem sehr guten
Wandelungsgewinn von 2 dB in Applikationen
eingesetzt werden, die Frequenzen
hoch- als auch abwärtswandeln. Der Baustein
benötigt nur eine 3,3-V-Versorgung
und zieht nominal 40 mA Betriebsstrom. Ist
ein noch geringerer Leis tungsbedarf nötig,
kann der Mischer so konfiguriert werden,
dass er mit nur mehr 15 mA arbeitet und
damit eine große Palette an portablen und
transportablen HF-Applikationen unterstützt.
Darüber hinaus bietet er einen großen
Dynamikbereich: 20 dBm OIP3 bei einer
Frequenz von 3,6 GHz.
Die Kombination aus geringem Leistungsbedarf,
breitbandigem Betrieb und robustem
Dynamikbereich des LTC5562 eignet sich
ideal für eine Vielzahl von mobilen Anwendungen
wie tragbare Test- und Messgeräte,
portable Modems, breitbandige Zugangspunkte,
kleine Funkzellen, Funk in lizenzfreien
Bänder, Fernsteuerungen, Rundfunk
und UAV/Drohnen-Funkanlagen.
Der LTC5562 wird im 10-Pin-QFN-Gehäuse
aus Kunststoff mit 2 x 2 mm Kantenlänge
angeboten. Der Baustein ist für einen Betrieb
mit einer Gehäusetemperatur zwischen -40
und +105 °C ausgelegt. Ein „Enable-Pin“
ermöglicht einem externen Controller,
den Mischer für weitere Leistungseinsparungen
abzuschalten. Ist das Bauteil deaktiviert,
braucht es typisch nur noch 10 µA.
Muster und Produktionsmengen sind ab
sofort erhältlich.
■ Analog Devices
www.analog.com
Rauscharmer Verstärker mit
hohem Dynamikbereich für
bis zu 2 GHz
Von der Firma Mini-Circuits kommt mit dem
LHA-23HLN+ ein monolithischer Verstärker,
welcher extrem geringes Eigenrauschen
mit einem hohen Intercept-Punkt für einen
breiten Dynamikbereich im Frequenzgebiet
zwischen 30 und 2000 MHz kombiniert.
Hergestellt in E-PHEMT-Technologie, bietet
der miniaturisierte und RoHS-konforme
50-Ohm-Verstärker eine typische Verstärkung
von 23,2 dB bei 30 MHz, von 22,1 dB
bei 500 MHz, von 20,9 dB bei 1,5 GHz und
von 20,2 dB bei 2 GHz. Das Rauschmaß
beträgt typisch 1,3 dB bei 30 MHz, 1,3 dB
bei 1 GHz, 1,5 dB bei 1,5 GHz und 1,7 dB
bei 2 GHz. Die Ausgangsleistung für 1 dB
Kompression kann typisch 26 dBm bei 30
MHz, 28,3 dBm bei 1 GHz und 27,9 dBm bei
2 GHz betragen. Hinzu kommt ein hervorragender
Ausgangs-Intercept-Punkt (OIP3)
von 41,1 dBm bei 30 MHz, 44,7 dBm bei
1 GHz und 45,2 dBm bei 2 GHz. Dieser
Amplifier eignet sich optimal für den Einsatz
im Kabelfernsehbereich (CATV) und
in drahtloser Kommunikations-Infrastruktur.
Er besitzt ein zwölfpoliges MCLP-Gehäuse
mit den Maßen von nur 3 × 3 mm bei exzellenter
thermischer Charakteristik. Dieser
MMIC-Verstärker hat einen Arbeitstemperaturbereich
von -40 bis +95 ºC.
■ Mini-Circuits
www.minicircuits.com
62 hf-praxis Best of 2018

Bauelemente
12-Bit-HF-A/D-Wandler mit 10,25 GS/s setzt
neue Maßstäbe
Analog Devices, Inc. stellte unter
der Bezeichnung AD9213 einen
Hochfrequenz-A/D-Wandler
(ADC) mit branchenweit führender
Geschwindigkeit und
Bandbreite vor. Gegenüber herkömmlichen
HF-ADCs bietet
der AD9213 eine höhere parametrische
Performance, eine
größere Nyquist-Bandbreite
sowie optimierte HF-Abtastfähigkeiten
bei höheren Eingangsfrequenzen.
Aufgrund dieser
Eigenschaften lassen sich mit
dem neuen A/D-Wandler HF-
Signale bis 7 GHz digitalisieren.
Nächste Generation
Der AD9213 bietet Entwicklern
eine Abtastrate von 10,25
GS/s sowie eine Auflösung von
12 Bit und ermöglicht die nächste
Generation von softwaredefinierten
Systemen für die
Bereiche Luftfahrt und Verteidigung
sowie Messtechnik und
Kommunikation. Beim Einsatz
des Hochfrequenz-A/D-
Wandlers können Ingenieure
eine höhere Systemintegration
erzielen, die Kosten sowie die
Leistungsaufnahme reduzieren
und kleinere, leichtere und energiesparendere
Systeme (SWaP)
realisieren. Darüber hinaus
ermöglichen die hohe Abtastrate
und die integrierte Nachverarbeitung
weitere Leistungsverbesserungen
in Schmalband-
Anwendungen.
Höhere Flexibilität
Der AD9213 verschafft Kunden
aus der Luftfahrt und Verteidigung
eine höhere Flexibilität und
eröffnet ihnen die Möglichkeit,
größere Spektrumsbereiche in
der elektronischen Überwachung
und bei Abwehrmaßnahmen zu
verarbeiten. Ferner lässt sich
mit dem AD9213 eine höhere
Auflösung erzielen und Radar-
Designs für größere Bereiche als
bisher entwickeln.
Höheres
Leistungsniveau
Das Bauteil hilft Herstellern von
elektronischen Test- und Messgeräten,
Produkte mit wichtigen
Alleinstellungsmerkmalen zu
entwickeln, die sich vom Wettbewerb
unterscheiden und in
Anwendungen für den Zeitbereich
(Time Domain) ein höheres
Leistungsniveau bieten, beispielsweise
Digitaloszilloskope
und Anzeigegeräte für Spektroskopie/Chemische
Analyse.
Höhere Bandbreite
Dank der größeren Nyquist-
Bandbreite können Kunden aus
der Satellitenkommunikation,
die den AD9213 einsetzen, Produkte
mit höherer Bandbreite
anbieten. Darüber hinaus ermöglicht
die große Eingangsbandbreite
in Verbindung mit
hohen Abtastraten neue digitale
Breitband-Vorverzerrungsarchitekturen
(Pre-Distortion Architectures)
in drahtlosen Kommunikationsanwendungen.
Produkt-Highlights:
• 2,5-fache Abtastgeschwindigkeit
gegenüber anderen ähnlichen
Bauteilen
• größerer System-Dynamikbereich
für bessere Signaldiskriminierung
• überlegenes Rauschverhalten
über eine große Signalbandbreite
• verbesserte Multichip-
Synchronisation für Phased-
Array-Anwendungen
• erhöhte temporale Auflösung
(höhere Abtastrate)
■ Analog Devices. Inc.
www.analog.com
Best of 2018
hf-praxis Best of 2018 63

Bauelemente
Best of 2018
Neue breitbandige High-Speed-SPDT-Schalter
M/A-COM Technology
Solutions, Inc.
www.macom.com
M/A-COM Technology Solutions,
Inc. kündigte die neusten
Produkte seines branchenweit
renommierten Portfolios an
leistungsfähigen HF-Schaltern
an. Die neuen GaAs-basierten
SPDT-Schalter der Serie MASW
sind für die Satellitenkommunikation,
5G, Prüf- und Messsysteme,
die Rüstungselek tronik
und Mikrowellenfunk-Anwendungen
geeignet und warten
neben einer klassenbesten
Breitband-Frequenzabdeckung
Parameter MASW-011105 MASW-011107-DIE
Frequenz (GHz) 17,7...31 DC...26,5 GHz
Einfügedämpfung (dB) 1,6 1,3
Isolation (dB) 30 46
Input IP3 (dBm) 43 45
Rückflussdämpfung 15 15
(Common Port) (dB)
Schaltzeit (ns) 12 20
Gehäuse 3 mm 14-Lead PQFN 1,3 x 0,85 x 0,1 mm
Bare DIE
auch mit schnellen Schalteigenschaften
auf. Der neue reflektive
SPDT-Schalter MASW-011105
deckt einen Frequenzbereich
von 17,7 bis 31 GHz ab. Der
Baustein im 3 mm großen, bleifreien
und oberflächenmontierbaren
QFN-Kunststoffgehäuse
mit 14 Anschlüssen bietet eine
Einfügedämpfung von nur 1,6
dB, eine Isolation von 30 dB
und eine Schaltzeit von 12 ns.
Der neue nicht-reflektive SPDT-
Schalter MASW-011107, der
im Bare-Die-Format angeboten
wird, ist für Frequenzen von
DC bis 26,5 GHz ausgelegt und
zeichnet sich durch eine Einfügedämpfung
von 1,3 dB und
eine Isolation von 46 dB (bei 20
GHz) aus. Beide Bauelemente
werden mit robusten Prozessen
mit vollständiger Oberflächen-
Passivierung hergestellt, um ein
hohes Maß an Leistungsfähigkeit
und Zuverlässigkeit zu erzielen.
„Die Kompetenz von MACOM
im Bereich der leistungsfähigen
HF-Schalter ist ohne Beispiel“,
erklärt Graham Board, Senior
Director of Product Marketing
bei MACOM. „Mit unseren technisch
herausragenden Schalter-
Lösungen auf der Basis proprietärer
AlGaAs-, HMIC- und
GaAs-Technologien stehen wir
in der Branche seit Jahrzehnten
an der Spitze. Die jetzt vorgestellten
neuen Schalter beruhen
auf unserem patentierten GaAs-
Prozess mit geringem Gate-Lag.
Mit dieser Technologie werden
wir nicht nur die klassenbeste
HF-Performance, sondern auch
die für TDD-Systeme kritischen
kurzen Schaltzeiten bieten können.“
Seit mehr als 60 Jahren sind
die Design- und Applikations-
Experten von MACOM die Vorreiter
der Innovation im HF-,
Mikrowellen- und Millimeterwellenbereich
und entwickeln
das industrieweit breiteste Portfolio
an MMMICs und Bauteilen
für die gesamte HF-Signalkette.
Gestützt auf fortschrittliche,
proprietäre Technologien soll
die heterogene Halbleiter- und
Gehäusestrategie von MACOM
gewährleisten, dass jede einzelne
Funktion eines HF-Systems vollständig
dafür optimiert ist, zu
angemessenen Kosten ein Maximum
an Performance zu bieten.
MACOM engagiert sich weiter
dafür, seinen Kunden echte Wettbewerbsvorteile
zu bieten – mit
überragender Technologie und
Know-how sowie erstklassigen
Kostenstrukturen und Lieferketten
ohne jegliche Kompromisse.
Die Tabelle gibt Auskunft über
die typische Leistungsfähigkeit
dieser Bauelemente.
Die neusten Schalter der MASW-
Serie von MACOM ist jetzt für
Kunden lieferbar. Um Hilfestellung
beim Herausfinden der
MACOM-Produkte zu bekommen,
die sich optimal als Ersatz
für Bauelemente anderer Anbieter
eignen, nutzen Interessenten
das MACOM Cross Reference
Tool. ◄
64 hf-praxis Best of 2018

Bauelemente
MMIC-Gain-Slope-Equalizer
für DC bis 6 GHz
Der von Mini-Circuits angebotene MMIC
EQY-1-63+ ist ein absorptiver Gain-Equalizer
mit einer negativen 1,2-dB-Slope über
dem Frequenzbereich von DC bis 6 GHz.
Dieses Bauteil ist nutzvoll, um in Kombination
mit anderen Bausteinen den Frequenzgang
insgesamt flacher zu gestalten. Dazu
gehören Verstärker, Empfänger und Sender
in den Bereichen drahtlose Kommunikation,
breitbandige/optische Systeme, Satellitentechnik
oder Wehrtechnik. Dieses Modell ist
in der Lage, eine HF-Eingangsleistung bis
zu 31 dBm aufzunehmen und bietet typisch
20 dB Rückflussfämpfung (return loss) über
die gesamte Einsatzbandbreite. Hergestellt
mit hochgenauer GaAs-IPD-Technology,
erreicht dieser Equalizer eine herausragende
Beständigkeit bei der Performance,
sodass er für die Volumenproduktion geeignet
ist. Sein 8-Lead-QFN-Gehäuse hat nur
2 x 2 mm Grundfläche, sodass Platz auf dem
Board gespart wird und parasitäre Effekte
minimiert werden. Die EQY-MMIC-Gain-
Slope-Equalizer sind mit nominellen Slopes
von 1 bis 10 dB in 1-dB-Schritten lieferbar.
■ Mini-Circuits
www.minicircuits.com
Dünnschicht-Widerstände
von höchster Präzision
Der japanische Technologieführer Susumu
Co. Ltd. fertigt Dünnschicht-Widerstände
von höchster Präzision. Die RG-Serie ist
bleifrei, halogenfrei, RoHS-konform und
AEC-Q200 zertifiziert. Gefertigt werden
Toleranzen von 0,5 bis ±0,02 % bei Temperaturkoeffizienten
von ±100 bis ±5 ppm/°C.
Die Serie zeichnet sich gegenüber anderen
Herstellern von Metallfilmwiderständen
in mehreren Punkten aus. Sie bietet durch
die spezielle Dünnfilmstruktur eine ausgezeichnete
Rauschunterdrückung, hat eine
exzellente Langzeitstabilität durch die anorganische
Passivierung und einen Drift von
weniger als ±0,1% nach 10.000 Stunden.
Der nahezu linear verlaufende Temperaturkoeffizient
wird durch eine Widerstandsschicht
aus NiCr gewährleistet. Durch die
Glaspassivierung sind die Widerstände auch
bei extremen Umweltbedingungen einsetzbar,
resistent gegen Schwefel und unempfindlich
gegen Feuchtigkeit.
Die Widerstände in den Baugrößen 0402 bis
1206 sind jeweils in drei Nennleistungen
Low, Regular und High von 0,031 bis 0,25
W lieferbar und für Betriebstemperaturen
von -55 bis +155 °C geeignet. Abhängig von
der Baugröße, der Toleranz und dem Temperaturkoeffizienten
erstreckt sich der Widerstandsbereich
von 10 Ohm bis 5 MOhm.
Anwendung finden diese Widerstände in
der Mess- und Wägetechnik, der Medizintechnik,
Dosiertechnik, Industrieelektronik,
Automotive und in der Sensorik. Beratung,
Muster und Angebote erhalten Interessenten
von der WDI AG.
■ WDI AG
info@wdi.ag, www.wdi.ag
Keramisches Bandpassfilter
für 1030 bis 1090 MHz
Mini-Circuits bietet mit dem CBP-
1060Q+ ein keramisches Surface-Mount-
Bandpassfilter in koaxialer Bauweise für
1030...1060 MHz an. Damit kann eine Vielzahl
von Anwendungen unterstützt werden,
die in den Bereichen Satellitenfunk, Radioastronomie,
Radarsysteme und mehr liegen.
Dieses Modell weist typisch 1,6 dB
Einfügedämpfung im Passband, typisch
32 dB Stopband-Unterdrückung auf 930
MHz und 30 dB Stopband-Unterdrückung
auf 1190 MHz auf. Es verträgt bis zu 8 W
HF-Eingangsleistung und besitzt ein miniaturisiertes,
geschirmtes Gehäuse mit dem
Maßen 0,365 x 1,36 x 0,24 Inch. Dieses
Filter auf Basis eines keramischen Resonators
gibt Anwendern die Möglichkeit, Teilbandbreiten
von 3 bis 25% im Bereich DC
bis 6 GHz mit hervorragender Selektivität
zu unterdrücken. Die robuste Konstruktion
macht den Einsatz in einem breiten Bereich
von thermischen, mechanischen und Umgebungs-Bedingungen
möglich.
■ Mini-Circuits
www.minicircuits.com
Single-Layer, Ceramic
Capacitors
Knowles brand DLI is one of the world’s
oldest and most respected names in single
layer, ceramic capacitor technology.
With one of the largest in-house portfolios
of di electric materials, custom engineered
solutions are available for unique
customer (specification) needs. Circuit
designers and engineers turn to two of
its cataloged products, Bar Cap and Gap
Cap for decoupling, RF Bypassing and
DC blocking applications.
Bar Caps are multiple Decoupling/Blocking
Capacitors configured in a single
array. They are specifically designed for
MMIC circuits and RF Bypassing requiring
multiple capacitor applications, such
as Multiple Decoupling or RF Bypassing
Networks. Due to their High Q and low
inductance, these multiple capacitor array
devices have become an integral circuit
component. Bar Caps can be integrated
into an IC package to reduce bond wire
lengths and leading to improved performance
and simplified assembly. The result
is reduced complexity and lower production
costs. Operating at frequencies up to
30 GHz they are ideal for DC Blocking,
RF Bypassing, Decoupling, and GaAs
IC’s. They are supplied with 100% gold
metallization, with a Ni Barrier Layer,
for wire bonding. Standard and custom
package sizes are available to provide
different capacitance values.
Gap Caps are series configured precision
Capacitors for Microwave Applications
such as DC Blocking and RF Bypassing
where their low insertion loss and high
resonant frequencies make them ideal
devices. This product‘s unique recessed
metallization configuration eliminates the
need for wire bonding up to 100 GHz and
minimizes the potential of shorting during
epoxy or solder attachment – therefore
reducing performance variations. Capacitance
values are available from 0.2 to
800 pF and, operating at frequencies up to
30 GHz, they are ideal for DC Blocking,
RF Bypassing, Filtering, Tuning and Coupling.
Customized solutions are available
alongside catalog product.
■ Knowles Capacitors
www.knowlescapacitors.com
Best of 2018
hf-praxis Best of 2018 65

Bauelemente
Best of 2018
Verlustarme Leistungsdrosseln für
Hochfrequenzanwendungen
Coilcraft stellte die
leistungsstarken
umgossenen
Netzdrosseln aus der
neuen Produktfamilie
XEL50xx vor.
von 0,1 bis 1 µH und in Nennstromstärken
bis 39 A erhältlich.
Die Baureihe XEL5030
ist in zehn Werten von 0,13 bis
4,7 µH und in Nennstromstärken
bis 44 A erhältlich.
Hohen Stromspitzen
standhalten
Coilcraft
www.coilcraft.com
Diese bieten einen außergewöhnlich
niedrigen DC-Widerstand
und extrem geringe AC-Verluste,
was die Effizienz von Leistungswandlern
bei hohen Frequenzen
(2 bis >5 MHz) und hohen Rippelströmen
erheblich verbessert.
Hohe Schaltfrequenzen
oder Rippelströme ermöglichen
einen entsprechend niedrigeren
Induktivitätswert, was bei gleichen
elektrischen Spezifikationen
zu reduzierten Abmessungen
führt. Die Induktivitäten
aus der XEL50xx-Familie sind
mit Kantenlängen von 5,28 x
5,48 mm bei einer maximalen
Höhe von 3,2 mm äußerst
kompakt und in zwei Modellen
erhältlich:
XEL5020 und XEL5030. Ein
drittes Modell – XEL5050 –
wird Ende zweites Quartal 2018
erwartet. Die Baureihe XEL5020
ist in sechs Induktivitätswerten
Alle Ausführungen weisen einen
langsamen Induktivitätsabfall
bei Sättigung (Soft Saturation)
auf, wodurch sie hohen Stromspitzen
standhalten können, und
haben keine Probleme mit thermischer
Alterung. Die Drosseln
aus der XEL50xx-Familie erfüllen
die Anforderungen gemäß
AEC-Q200 Grade 1 (-40 bis
125 °C Umgebungstemperatur)
bei einer Bauteilspitzentemperatur
von 165 °C, was sie zu einer
guten Wahl für Anwendungen in
automobilen und anderen rauen
Umgebungen macht.
Sie sind halogenfrei und
haben RoHS-konforme Kupferanschlüsse
mit Zinn-Silber-
Beschichtung. ◄
Variable Induktivitäten
Die von Knowles Precision Devices unter
der Marke Johanson Manufacturing angebotenen
variablen Induktivitäten kombinieren
geringe Größe und hohe Leistung
mit nichtmagnetischen Eigenschaften.
Induktivitäten und variable Induktivitäten
sind unverzichtbarer Bestandteil vieler HF-
Produkte. Sie werden für den Abgleich und
als Last für rauscharme Verstärker, Leistungsverstärker
und Mischer verwendet,
ermöglichen aber auch frequenzselektive
Resonanzkreise in Oszillatoren variabler
Frequenz.
Mit einer Gesamthöhe von nur 9 mm in
SMD-, Vertikal-SMD- und bedrahteter
Ausführung eignen sie sich sehr gut für
Anwendungen im Zusammenhang mit
MRT/NMR-Systemen, Funk-/Störsendern,
Leistungsverstärkern, Radar, Fluginstrumenten
und Testequipment. Anwendungen
also, in denen die Belastbarkeit mit
höheren Leistungen und hohe Gütewerte
entscheidend sind.
Die Spulen und PTFE-Kerne weisen ein
patentiertes, präzisionsbearbeitetes Design
auf, um einen konstanten Wicklungsabstand
und ein konsistentes Verhältnis zur
Leiterplatte zu garantieren. Abgestimmt
werden die Bauteile mittels PTFE- und
nichtmagnetischen Kupferlegierungs-
Kernen mit Gewinde. Sie weisen hervorragende
Schock-, Vibrations- und thermische
Toleranzen auf und arbeiten über
den Temperaturbereich von -40 bis +85 °C.
Katalogbauteile haben nominale Werte von
33 bis 118 nH, zwei bis sieben Wicklungen
mit Güten bis zu 121 bei 100 MHz sowie
Eigenresonanzfrequenzen von 0,7 GHz
bis 1,2 GHz. Für Nicht-Katalogwerte sind
kundenspezifische Ausführungen verfügbar.
Alle Bauteile sind RoHS-konform.
Johanson Manufacturing ist ein Lieferant
von Weltrang für Trimmer-Kondensatoren,
nichtmagnetische, variable Induktivitäten
und Mikrowellen-Abstimmelemente.
■ Knowles Precision Devices
www.knowlescapacitors.com
66 hf-praxis Best of 2018

Bauelemente
Multilayer-Keramikkondensatoren
mit hoher Kapazität
2.2-5 Serie
Kleinere
HF Steckverbinder
für immer größere
Datenmengen
Entwickler medizinischer und
militärischer Anwendungen, die
hohe Kapazitätswerte erfordern,
sollten die MLCCs der Marke
Novacap von Knowles Precision
Devices (KPD) in Betracht
ziehen. MLCC steht hier für
Multilayer Ceramic Capacitor
(nicht für Micro Leadframe
Chip Carrier). Vergleichbare
Schaltungsentwürfe lassen sich
aufgrund der geringen ESR-
Eigenschaften der Bauteile in
der Regel durch ein Drittel bis
zu einem Fünftel der Kapazitätswerte
erzielen.
Diese RoHs-konformen BME-
MLC-Chips mit hoher Kapazität
werden in stabilen Klasse-II-
Dieelektrika mit X7R und X5R
hergestellt. Das Sortiment wird
mit einer Reihe von Kapazitätswerten
ab 6,8 nF und maximal
100 µF angeboten. Durch die
extrem geringen ESR-Werte
erreicht dieses Sortiment optimale
Werte für den Austausch
von Tantalum- und Elektrolytkondensatoren
mit geringem
ESR-Wert, ohne dabei Probleme
in Bezug auf die Polarität
zu verursachen.
hf-praxis Best of 2018
Diese Typen werden als
Bypass-Kondensatoren für
die Stromversorgung, als Glättungskondensatoren,
für Ein-/
Ausgangsfilter in DC/DC-
Wandlern sowie in digitalen
Schaltungen und LCD-Modulen
eingesetzt. Es stehen Kapazitätstoleranzen
von ±10% und
±20% zur Verfügung. Immer
erfolgte eine Überprüfung auf
hohe Zuverlässigkeit.
Die Optionen für die Nickel-
Sperrschicht-Terminierung
umfassen Zinn, Zinn/Blei oder
Vergoldung – allesamt geeignet
für Reflow-Lötprozesse. Die
Vergoldungsoption ist insbesonders
interessant zur Beseitigung
des Problems von Whiskerung.
Dieses Problem verbreitete sich
aufgrund von zur Erfüllung der
RoHS-Richtlinien eingeführten
Anschlüssen mit Reinzinnbeschichtung,
die das Auftreten
von Zinn-Whisker auf der Oberfläche
begünstigen und elektrische
Kurzschlüsse und Fehler
verursachen können. Diese Art
von Fehlern kann vor allem
für Hi-Rel-Anwendungen wie
implantierbare Medizinprodukte
und militärische Ausrüstung
eine unmittelbare Gefahr
darstellen.
Vergoldete Anschlüsse von
Novacaps wurden für Lötverbindungen
aus leitfähigem
Epoxhyd oder Gold/Indium
entwickelt und sind mit einer
Mindestdicke von 5 Mikrozoll
über einer Nickel-Sperrschicht
vergoldet.
■ Knowles Precision Devices
www.knowlescapacitors.
com
67
Designed for small cell,
DAS and MIMO applications
53% kleiner als die 4.3-10 Serie
7-16 Serie
IEC 61169-4
4.3-10 Serie
IEC 6169-54
2.2-5 Serie
IEC 46F/394/NP
32
25.4
17.5
38
28
19
Mehr Informationen unter:
www.telegaertner.com
Ú -48%
Ú -53%

Bauelemente
Best of 2018
Phase Locked
Oscillators in Six
Single Output
Frequencies
Solderless Vertical Launch
Connectors for DC to 50 GHz
and incorporates and enable pin to shut
down the amplifier for improved receive
sensitivity. Ideal as the output stage in a
macrocell transceiver board connecting
to the high power amplifier (HPA) board
through a long cable or microstrip trace,
OIP3 is 40.3 dBm. The QPA9807 operates
over 2300 to 2700 MHz to cover the 3 GPP
Bands 7, 30, 38, 40, and 41 with 20 dB of
gain and 24.7 dBm output power. Offered
in a 5 x 5 mm package.
■ RFMW, Ltd.
www.rfmw.com
Low PIM In-Line Reactive
Splitters
Pasternack has unveiled a new line of
phase locked oscillators (PLO) that deliver
accurate and stable output frequencies
with low phase noise and spurious
performance, making them ideal for use
in radar and other exciter or frequency
generation applications. Typical applications
include phase locked loops, frequency
synthesizers function generators
and as a local oscillator source in receiver
and transmitter stages.
Pasternack’s 20 new phase locked oscillator
models are offered with popular
fixed output frequencies of 50, 100, 500,
1000, 2000, 4000 and 6000 MHz. Typical
performance for these PLOs includes
excellent phase noise of -105 dBc/Hz at
10 kHz offset, a buffered output power
level of 7 dBm and low second harmonic
and spurious suppression levels of
-25 dBc and -70 dBc respectively. They
require an external frequency reference
of either 10 or 100 MHz and feature a
TTL lock detect output to signal an outof-lock
condition.
These phase locked oscillator models
are RoHS compliant and operate over
the full temperature range of -30 to
+70 °C. They require a single positive
DC voltage supply are available in either
SMA-connectorized or compact
surface mount or packages. SMA-connectorized
packages are nickel-plated
with DC bias and signal pins and an
integrated mounting baseplate. Surface
mount packages feature gold over nickel
mounting surfaces with downloadable
Gerber file software for the mounting
footprint. These PLOs are built to be
rugged and withstand stringent MIL-
STD-202 environmental test conditions
for shock and vibration.
■ Pasternack Enterprises, Inc.
www.pasternack.com
Pasternack has introduced a new line of solderless
vertical launch connectors that are
ideal for high-speed networking, high-speed
computing and telecommunications applications.
Pasternack’s new series of vertical
launch connectors consists of 12 models that
provide SWR as low as 1.3 and maximum
operating frequency of up to 50 GHz, depending
on the model. These launches boast a
reusable clamp attachment and can be used
for microstrip or stripline. They are offered
in male and female versions, covering 2.4
mm, 2.92 mm and SMA interfaces, and
all models provide solderless installation.
These removable vertical launches feature a
stainless steel outer conductor, gold-plated
beryllium copper center contact and Polyetherimide
(PEI) insulators. They are ideal
for high-speed backplanes, signal integrity
measurements, semiconductor verification
boards, multi-channel tests and SERDES
applications.
■ Pasternack
www.pasternack.com
Quarter Watt Balanced Linear
Amplifier Integrates Hybrids
RFMW, Ltd. announced design and sales
support for a balanced amplifier module
with embedded hybrid couplers. The Qorvo
QPA9807 offers single ended input and
output ports with very good return loss
MECA’s Low PIM (-161 dBc typ.) Reactive
Splitters for DAS Applications, with
rugged construction and excellent performance
across all wireless bands from 0.698
to 2.7 GHz make them ideal for in-building
or tower top systems. Also, the inline configuration
makes installations easier without
additional connections with a Male input
interface. Available in 2-way and 3-way, 7/16
DIN configurations capable of handling up
to 700 watts (max.) with an IP 67/68 weatherproof
rating. Made is USA – 36 month
warranty.
■ MECA Electronics, Inc.
www.e-meca.com
Surface-Mount-Leistungsteiler
für 6 bis 15 GHz
Mini-Circuits’ SEPS-8-153+ ist ein Surface-
Mount-Achtfach-Powersplitter/-Combiner
für Signale mit Frequenzen zwischen 6 und
15 GHz. Dieser 50-Ohm-Splitter/Combiner
fällt durch eine hohe typische Isolation zwi-
68 hf-praxis Best of 2018

K N O W - H O W V E R B I N D E T
schen den Ports von 25 dB und eine geringe
Einfügedämpfung (über den theoretisch
unvermeidbaren 9 dB) von typisch 0,9 dB
(6...9 GHz), 1,6 dB (9...12.5 GHz) und 3,5
dB (12,5...15 GHz) auf. Dieser Leistungsteiler
eignet sich gut für Applikationen in
den Bereichen drahtlose Kommunikation,
Radar und Test/Messung. Der RoHS-konforme
Powersplitter/-Combiner verarbeitet
HF-Leistungen bis 4 W als Splitter. Er
misst 0,63 × 0,65 × 0,02 inches und ist für
Einsatztemperaturen zwischen -40 und +85
ºC vorgesehen.
Weitere technische Daten
• Lagertemperaturbereich
-55 bis +100 °C
• Verlustleistung max. 875 mW
• DC max. 560 mA (70 mA pro Port)
• Amplituden-Unbalance 6...9 GHz typ.
0,2 dB, max. 0,8 dB
• Amplituden-Unbalance 12,5...15 GHz
typ. 1,1 dB, max. 1,9 dB
■ Mini-Circuits
www.minicircuits.com
I/Q-Demodulator für 0,3 bis 9
GHz Eingangsfrequenz
Analog Devices kündigte den LTC5594 an,
einen breitbandigen, extrem linearen, echten
ZIF-Demodulator (true zero-IF) mit einer
I- und Q-Bandbreite von 1 GHz bei 1 dB
Abweichung. Dabei hat der Demodulator
typisch 37 dB Spiegelunterdrückung. Nutzt
man den seriellen Port des Chips, ermöglicht
der Baustein die Korrektur von I- und
Q-Phase und Amplitude und kann damit
so abgestimmt werden, dass er eine Spiegelunterdrückung
von über 60 dB erreicht.
Diese Eigenschaft vereinfacht die Kalibrierung
wesentlich, verbessert die Empfängerleistung
deutlich und reduziert die FPGA-
Ressourcen, die nötig sind, um das falsche
Image auf null zu setzen. Zusätzlich hat der
Baustein integrierte Basisbandverstärker mit
einstellbarer Verstärkung, die einen maximalen
Wandlungsgewinn von 9,2 dB bei 5,8
GHz liefern. Im HF-Eingang befindet sich
ein integrierter Breitband-Balun, der einen
hf-praxis Best of 2018
Bauelemente
massebezogenen, mit 50 Ohm abgeschlossenen
Betrieb von 500 MHz bis 9 GHz
erlaubt. Der selbe Eingang kann für kleinere
Frequenzen zwischen 300 und 500 MHz
abgeglichen werden, indem man den Wert
nur einer einzigen externen Abgleichkomponente
ändert. Die hohe Integrationsdichte
des Demodulators resultiert in einer minimalen
Anzahl externer Komponenten und
geringen Ausmaßen der gesamten Lösung.
Bei Nutzen des integrierten seriellen Ports
kann die komplette Kalibrierung einfach
festgelegt werden. Neben der Spiegelunterdrückung
lässt sich auch die Linearität
einschließlich IP2, der Klirrfaktor 2. und 3.
Ordnung sowie der IP3 optimieren. Darüber
hinaus kann die DC-Ausgangsspannung mit
dem seriellen Port auf null gelegt werden,
um eine DC-Kopplung zum A/D-Wandler
für einen echten ZIF-Betrieb zu erlauben.
Einmal bei Raumtemperatur kalibriert, sind
diese Leistungskenndaten sowohl bei Kälte
als auch Hitze innerhalb der festgelegten
Temperaturgrenzwerte am Gehäuse von -40
bis +105 °C bemerkenswert stabil.
Der LTC5594 eignet sich optimal für drahtlose
5G-Mikrowellen-Infrastrukturplattformen,
die eine Bandbreite von 1 GHz
oder mehr und einen hohen Dynamikbereich
benötigen, um die Modulation hoher Ordnung
und die Anforderungen an die erforderlichen
Gigabit-Datenraten zu unterstützen.
Zusätzlich bietet der Baustein Vorteile für
weitere Anwendungen wie Breitband-Mikrowellen-Punkt-zu-Punkt-Backhaul,
Hochleistungs-GPS-Systeme,
Satellitenkommunikation,
Flugzeugavionik, HF-Test-Equipment
und Radarsysteme. Seine hervorragende
Linearität und Spiegelunterdrückung sind
besonders geeignet für Applikationen von
DPD-Empfängern (digital pre-distortion).
Der LTC5594 wird mit einem 5 x 5 mm großen
Plastik-QFN-Gehäuse mit 32 Anschlüssen
geliefert. Der Demodulator arbeitet an 5 V
und verbraucht nominal 470 mA. Die Basisbandverstärker
können selektiv deaktiviert
werden, sodass der Demodulator dann mit
250 mA auskommt. Über einen Enable-Pin
kann ein externer Controller den Baustein
abschalten. Ist er deaktiviert, zieht er nur 20
µA. Muster und Produktionsmengen sind ab
sofort erhältlich. Weitere Informationen findet
man unter www.linear.com/product/LTC5594.
Weitere Kenndaten:
• OIP3 37 dBm @ 5,8 GHz
• Verstärkung 8 dB, einstellbar in 1-dB-
Schritten
• maximale Leistungsverstärkung 9,2 dB
@ 5,8 GHz
■ Analog Devices, Inc.
www.analog.com
69
EMV, WÄRME­
ABLEITUNG UND
ABSORPTION
SETZEN SIE AUF
QUALITÄT
Elastomer- und Schaumstoffabsorber
Europäische Produktion
Kurzfristige Verfügbarkeit
Kundenspezifisches Design
oder Plattenware
-EA1 & -EA4
Frequenzbereich ab 1 GHz (EA1)
bzw. 4 GHz (EA4)
Urethan oder Silikon
Temperaturbereich von ­40°C bis 170°C
(Urethanversion bis 120°C)
Standardabmessung 305mm x 305mm
MLA
Multilayer Breitbandabsorber
Frequenzbereich ab 0,8GHz
Reflectivity­Level ­17db oder besser
Temperaturbereich bis 90°C
Standardabmessung 610mm x 610mm
Hohe Straße 3
61231 Bad Nauheim
T +49 (0)6032 9636­0
F +49 (0)6032 9636­49
info@electronic­service.de
www.electronic­service.de
ELECTRONIC
SERVICE GmbH

Bauelemente
Best of 2018
Hochgenaue Spannungsquelle
Wie sich mit Produkten von Analog
Devices und Linear Technology
eine höchst genaue programmierbare
Spannungsquelle
für viele Anwendungen aufbauen
lässt, erläutert der folgende Beitrag
von Michael Lynch.
Der D/A-Wandler AD5791
kann zusammen mit den Bauteilen
LTZ1000, ADA4077 und
AD8675/AD8676 zur Entwicklung
einer programmierbaren
Spannungsquelle verwendet
werden, die eine Auflösung von
1ppm mit 1ppm INL und einer
Langzeitdrift von besser 1ppm
FSR erreicht.
Programmierbare Spannungsquelle
Vielseitige und neue
Anwendungen
Mit dieser leistungsstarken Kombination
lassen sich Systeme realisieren,
die Radiologen gestochen
scharfe Bilder mit hoher
Auflösung und hohem Kontrast
liefern und ihnen so Einblicke in
kleinere anatomische Strukturen
ermöglichen. Man stelle sich vor,
was dies für die Kernspintomografie
bedeutet. Verbesserte Bil-
AD5791-DAC-Leiterstruktur
Analog Devices,
www.analog.com
der von Organen und Gewebe
ermöglichen Medizinern, Herzprobleme,
Tumore, Zysten und
Anomalien in unterschiedlichen
Bereichen des menschlichen
Körpers mit hoher Genauigkeit
zu erkennen. Dies ist nur eine
von vielen Anwendungen für
diese programmierbare Spannungsquelle.
Weitere Applikationen,
die eine Genauigkeit von
1ppm verlangen, sind in folgenden
Bereichen angesiedelt:
Industrieautomatisierung
• Halbleiterfertigung
• Prozessautomatisierung
• Stromversorgungssteuerung
• weiterentwickelte Robotik
Wissenschaft, Medizin, Luftfahrt
und Messtechnik
• bildgebende Systeme für die
Medizin
• Laserstrahl-Positioniervorrichtungen
• Vibrationssysteme
Test- und Messtechnik
• ATE
• Massenspektrometrie
• Source Measure Units (SMU)
• Datenerfassung/Analysatoren
Bei Test- und Messsystemen
verbessert die Auflösung und
Genauigkeit von 1ppm die Genauigkeit
und Granularität des
Testequipments insgesamt,
was zu feinerer Steuerung und
Anregung externer Quellen und
Nano-Aktuatoren führt. In der
Industrieautomatisierung liefert
die Auflösung und Genauigkeit
von 1ppm die Präzision, die
erforderlich ist, um einen Betätiger
im Nanometerbereich zu
bewegen oder zu positionieren.
Das Evaluierungsboard EVAL-AD5791SDZ mit LTZ1000-Referenzboard
Lesen sie den vollständigen Artikel ab Seite 56 unter:
https://webkiosk.epaper-kiosk.beam-verlag.de/1-2018/59600649
70 hf-praxis Best of 2018

Bauelemente
Prioritizer LTC4418 für zwei Spannungsquellen
Spannungsquellen-Prioritizer für automatische Umschaltung auf Notstrombetrieb
Neu im Bauelemente-Portfolio
von Analog Devices, Inc. ist der
LTC4418, ein Spannungsquellen-Prioritizer
mit zwei Eingängen
für Systeme mit Betriebsspannungen
von 2,5 bis 40 V.
Elektronische Systeme enthalten
oft einen Energiespeicher in
Form einer Batterie oder eines
Supercaps, der sie bei einer
Netzunterspannung oder einem
Netzausfall mit Notstrom versorgt
– sei es, damit das System
während eines Transports
zu einem anderen Einsatzort
funktionsfähig bleibt, dass
keine Speicherinhalte verloren
gehen bzw. das System geordnet
heruntergefahren werden
kann. Der LTC4418 versorgt
die Last im Normalbetrieb aus
der Hauptstromversorgung, die
eine höhere Priorität als die
Notstromversorgung hat. Das
kann beispielsweise ein Netzadapter
oder eine Batterie sein.
Im Falle eines Netzspannungseinbruchs
oder -ausfalls schaltet
der Prioritizer automatisch
auf die Notstromversorgung, in
der Regel eine Batterie oder ein
Supercap, dank seiner maximalen
Schaltspannung von 40 V ist
der LTC4418 mit Spannungsquellen
unterschiedlichster Art
kompatibel, von Netzadaptern
über USB-Ports und Supercaps
bis zu Akkus/Batterien aus Li-
Ion- oder NiMH-Zellen. Durch
den niedrigen Ruhestrom von
nur 26 µA und einen Shutdown-
Modus ist der LTC4418 eine ideale
Lösung für mobile batteriebetriebene
Systeme.
Bei einem simplen Spannungsquellenumschalter
aus OR-Dioden
muss die Backup-Spannung
niedriger als die normale
Betriebsspannung sein; das ist
beim LTC4418 nicht der Fall.
Wenn die primäre Eingangsspannung
den vorgegebenen
unteren oder oberen Grenzwert
unter- bzw. überschreitet, verbinden
antiseriell (back-to-back)
geschaltete p-Kanal-MOSFETs
den Ausgang mit dem sekundären
Eingang statt mit dem primären.
Ein sorgfältig dimensionierter,
schneller Schaltercontroller
sorgt dafür, dass zuerst
der eine Schalter öffnet und
erst danach der andere Schalter
schließt. Dadurch werden Rückund
Querströme vermieden und
die Dauer der Ausgangsspannungsunterbrechung
minimiert.
Ein externer Kondensator gibt
vor, wie lange die Eingangsspannung
innerhalb des vorgegebenen
Fensters liegen muss,
damit sie als gültig angesehen
wird. Zum Schutz der Last werden
verpolte Eingangsspannungen
bis -42 V blockiert.
Durch Kaskadieren einer beliebigen
Kombination aus dem
LTC4418 und dem LTC4417
(drei Eingänge) können mehr
als zwei Spannungsquellen priorisiert
werden. Der LTC4418
ist für den kommerziellen Temperaturbereich
von 0 bis +70 °C
und für den industriellen Temperaturbereich
von -40 bis +85 °C
spezifiziert und wird in einem
20-poligen, 4 mm x 4 mm großen
QFN-Gehäuse geliefert. Bauteilmuster
und Entwicklungsboards
können online oder bei
den lokalen Vertriebsbüros von
Analog Devices bestellt werden.
Weitere Informationen finden
unter www.linear.com/product/
LTC4418.
■ Analog Devices,
Power by Linear
www.linear.com
Best of 2018
Links eine typische Applikation, rechts die Prioritäts-Umschaltung von V1 nach V2
hf-praxis Best of 2018 71

Bauelemente
Best of 2018
Ein passiver High-Performance-Mikrowellenmischer
Der LTC5553 von Linear Technologies
ist ein Doppelbalance-
High-Performance-Mischer,
welcher sich sowohl zum Hochals
auch zum Herabmischen
eignet. Das im letzten Jahr auf
den Markt gekommene Bauelement
eignet sich gut dazu,
zu verdeutlichen, dass auch bei
den passiven Komponenten die
technische Entwicklung nicht
stehen geblieben ist und wie sie
sich heute darstellt.
So wurde der im LTC5553
integrierte HF-Balun daraufhin
optimiert, den Frequenzbereich
von 3 bis 20 GHz abdecken zu
können. Auch der integrierte
ZF-Balun bietet einen weiten
Frequenzbereich, nämlich
500 MHz bis 9 GHz; hier gibt
es ebenfalls einen symmetrischen
50-Ohm-Anschluss. Das
Bauteil enthält weiterhin einen
integrierten Verstärker für den
lokalen Oszillator. Dieser wiederum
ist für Frequenzen zwischen
1 und 20 GHz optimiert,
wobei eine Ansteuerleistung um
0 dBm genügt. Der LTC5553
zeichnet sich durch einen besonders
hohen IIP3 (Input-Interceptpunkt
dritter Ordnung) und eine
hohe mögliche Eingangsleistung
(P1dB) aus sowie durch geringes
Übersprechen (Leckage) und
hohe Isolation zwischen den
Analog Devices,
Power by Linear
www.linear.com
Ports. Der RF Port Return Loss
ist >9 dB, der LO Input Return
Loss >10 dB. Insgesamt findet
sich hier eine hohe Integrationsdichte
in einem kleinen Gehäuse.
Näher betrachtet
Der LTC5553 besteht aus dem
hochlinearen Doppelbalance-
Mischerkern, dem LO-Pufferverstärker
und Vorspannungs-/
Enable-Beschaltungen. Bild 1
skizziert den internen Aufbau.
Folgende Features des Bausteins
sind besonders interessant:
• Betriebsspannung: 3,3 V
• Stromaufnahme: typ. 132 mA
• IIP3: 24,3 dBm bei 10 GHz
bzw. 21,5 dBm bei 17 GHz
• Mischdämpfung (Conversion
Loss): 9 dB bei 10 GHz
• Input P1dB: 16 dBm bei
10 GHz
• LO/RF Leakage: besser als
-25 dBm
• Abmessungen: 3 × 2 mm
(zwölfpoliges QFN-Gehäuse)
Damit ergeben sich vielfältige
Anwendungsmöglichkeiten, wie:
• breitbandige 5G-Zugänge
• Mikrowellen-Transceiver
• Drahtlos-Backhaul
• Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenverbindungen
• Phased-Array-Antennen
• Radar in C-, X- und Ku-Band
• Messgeräte, Test-Equipment
• Satelliten-Modems
Bild 1: Vereinfachter interner Aufbau des LTC5553
Bild 2 bringt eine typische
Applikationsstruktur mit zwei
LTC5553 für einen Transceiver
mit stark verschiedener Sendeund
Empfangsfrequenz.
Up & Down
Nutzt man den LTC5553 als
Upconverter, so stellt der IF-
Anschluss den Eingang und
der RF-Anschluss den Ausgang
dar. Für den Betrieb als
Aufwärtsmischer mit einer ZF
von 1890 MHz erhält man folgende
Werte:
• Conversion Loss beim RF
Output von 4 (17) GHz: typ.
8,3 (11,5) dB
• SSB-Rauschmaß beim RF
Output von 10 (15,7)GHz:
typ. 10,1 (12,1) dB
• LO/RF Output Leakage bei
1...20 LO-Frequenz: max.
-25 dBm
• LO/IF Input Leakage
bei 1...20 GHz, LO-Frequenz:
max. -26 dBm
• IF/LO Isolation bei 0,5...
9 GHz ZF: min. 50 dB
• IF/RF Isolation bei 0,5...9 GHz
ZF: min. 40 dB
• 1-dB-Kompression für RF
Output = 10 GHz: typ 14,8
dBm
Nutzt man den Baustein als
Downconverter, dann ist der
RF-Anschluss der Eingang und
der IF-Anschluss der Ausgang.
Welche Parameter sind von einen
Abwärtsmischer zu erwarten?
Das Datenblatt nennt für eine
ZF von 1890 MHz u.a. folgende
Daten:
• Conversion Loss beim RF
Input von 4 (17) GHz: typ.
8,2 (11,6) dB
• SSB-Rauschmaß beim RF
Input von 10 (15,7) GHz: typ.
10,9 (12,8) dB
Für eine faire Bewertung ist hier
natürlich die Mischdämpfung zu
subtrahieren.
• LO/RF Leakage bei 1...20
GHz LO-Frequenz: max.
-23 dBm
• LO/IF Leakage bei 1...20 GHz
LO-Frequenz: max. -13 dBm
• RF/LO Isolation bei 3...20
GHz HF: min. 40 dB
• RF Input/IF Output Isolation
bei 3...20 GHz HF: min. 32 dB
• 1-dB-Kompression für RF
Input = 10 GHz: typ. 16 dBm
Der LTC5553 funktioniert im
Temperaturbereich -40 bis
+105 °C für das Gehäuse. Sein
Wärmewiderstand wird mit 25
K/W angegeben.
Lesen sie den vollständigen Artikel ab Seite 20 unter:
https://webkiosk.epaper-kiosk.beam-verlag.de/2-2018/59731798
72 hf-praxis Best of 2018

Software
Benutzerfreundliche EMV-Precompliance-Software mit neuen Features
EMCview von Alldaq, die
einfache PC-Software für die
entwicklungsbegleitende Prüfung
der EMV-Konformität
(EMV-Precompliance) gibt
es ab sofort als Version 3.0.
Die Software ist bekannt für
das einfache Bedienkonzept
und über 170 standardspezifische
EMV-Messungen, die als
EMCview-Projekt vordefiniert
sind. Neu hinzugekommen ist
nun die Möglichkeit, einzelne
Frequenzsegmente gezielt zu
vermessen, um dadurch Zeit zu
sparen. Dies macht Sinn, nachdem
der Bereich einer Störfrequenz
bereits eingegrenzt
wurde und im Rahmen der
Schaltungsoptimierung wiederholt
vermessen werden soll.
Im ebenfalls neuen Pseudo-
Messempfänger-Modus verweilt
der Spektrumanalysator
an diskreten Frequenzpunkten
und macht Messungen im sogenannten
Zero-Span-Modus,
anstatt einen mit „Span” definierten
Frequenzbereich zu
durchfahren (Sweep-Modus).
Eine Besonderheit von EMCview
und absolut konkurrenzlos
in dieser Klasse ist der „RF-
Coverage“-Modus. In dieser
grundlegend neuen Betriebsart
können Anwender eine Pegelmessung
in Abhängigkeit der
GPS-Koordinaten durchführen,
z.B. zur Vermessung der
Funkabdeckung entlang einer
Bahnlinie.
Überarbeitete Korrektur- und
Definitionsdateien sowie eine
Lupenfunktion zur detaillierten
Kurvenbetrachtung runden die
Neuheiten ab. Aktuell werden
die Spektrumanalysatoren der
DSA-Serien von Rigol sowie
die SSA3000X-Serie von
Siglent unterstützt. Voraussetzung
ist jeweils die Aktivierung
der EMI-Filter- und
Quasi-Peak- Detektor-Option.
Die EMCview-Lizenz ist an
die Seriennummer des Spektrumanalysators
gebunden.
Ein erweitertes, deutschsprachiges
PDF-Handbuch ist im
Download-Paket enthalten.
Für Kunden, die bereits ältere
EMCview-Versionen im Einsatz
haben, ist das Update
kostenlos. Interessenten können
eine kostenlose Demo-
Version anfordern. Preislich
vorteilhaft sind die EMV-Precompliance-Bundles,
die man
unter www.alldaq.com/emvwizard
zusammenstellen kann.
■ Alldaq, www.alldaq.com
Best of 2018
Software unterstützt Einführung moderner Mobilfunktechnologien
Die Anritsu Corporation hat
eine geplante Erweiterung der
Software für das Universal
Wireless Test Set MT8870A
bekanntgeben, um so die neuen
5G-Sub-6 GHz-New Radio-HF-
Messstandards von 3GPP zu
unterstützen. Die verbesserten
Softwareoptionen für 5G-Sub-6
GHz-NR-Uplink-Tx-Mess- und
Downlink-Waveform-Dateien
werden Non-Signaling-basierte
5G Sub-6 GHz-TRx-Tests unterstützen.
Mit einem lückenlosen Frequenzband
von bis zu 6 GHz und
einer Bandbreite von 160 MHz
als Standardfunktionen benötigt
die fortschrittliche MT8870A-
Plattform keine Hardware-
Upgrades, um die von 3GPP
definierten 5G Sub-6-GHz-Testbedingungen
zu unterstützen.
Dadurch wird es Anwendern
ermöglicht, die Funktionen auf
5G Sub-6 GHz NR zu erweitern
und gleichzeitig die Kosten für
Upgrades zu minimieren.
Als Reaktion auf das im Dezember
bekanntgegebene 3GPP
Release 15, das die 5G-NR-Standards
definiert, setzen Telekommunikationsanbieter
darauf, ein
Rollout kommerzieller 5G-Dienste
mit zahlreichen Funktionen
vorzunehmen und kündigen
einen beschleunigten Zeitplan
für Praxistests an. Obwohl der
5G-NR-Standard von 3GPP die
Nutzung von Frequenzbändern
bis 52,6 GHz festlegt, werden
die in der frühen Einführungsphase
genutzten Frequenzbänder
auf das Sub-6-GHz-Spektrum
fokussiert sein.
Dies hat den Vorteil, die Dienste
mit Frequenzen nahe an 4G
LTE anzubieten, wie beispielsweise
die Versorgung in den
Bereichen Mobilität und Weitbereichsnetze,
in denen 5G bis
etwa im Jahr 2020 erwartungsgemäß
eine wichtige Rolle spielen
wird. Die Unterstützung des
Sub-6-GHz-Standards für Lieferanten
von 5G-Endgeräten wird
voraussichtlich der erste Schritt
sein. Das Universal Wireless
Test Set MT8870A ist ein Messgerät
für die Massenproduktion
verschiedener Arten von Mobilfunk-Kommunikationsgeräten
und -anlagen sowie -modulen. In
der Haupteinheit des Messgeräts
sind vier Hochleistungstester integriert,
und jeder einzelne Tester
unterstützt das parallele voneinander
unabhängige Messen von
bis zu vier Mobilfunkgeräten und
-modulen.
Die leistungsfähige MT8870A-
Plattform unterstützt zudem die
Durchführung kontinuierlicher
Tests an Fertigungslinien von
Mobilfunkendgeräten der nächsten
Generation, in denen die
Mobilfunktechnologien 4G + 5G
+ 11ax + Bluetooth 5 integriert
sind, was zu einer Senkung der
Kosten für Tests an Fertigungslinien
beiträgt.
■ Anritsu Corporation
www.anritsu.com
hf-praxis Best of 2018 73

Software
Best of 2018
Evaluation of Package Properties for RF BJTs
Figure 1: SOT343 package with BFP640 transistor IC from Infineon Technology
Figure 2: The SOT343 package partitions
This application note demonstrates
the extraction procedure
for the passive part of a SPICE
model for the package and wire
bonds of an Infineon Technology
SOT343 bipolar junction
transistor (BJT) up to 10 GHz
and compares the model against
measurements. EDA simulation
software streamlines the development
of digital and analog circuits
from definition of concept
and estimation of required hardware
and software characteristics
to the design of system components
like printed circuit boards
(PCBs), chips, and packages. In
particular, simulation technology
for high-frequency (HF) and
high-speed electronics enables
designers to characterize parasitic
effects at a wide range of
frequencies and accurately predict
performance. High-quality
models are required and the better
the model, the more likely
that the functionality of the end
product will correlate with simulated
performance.
What Level of
Preciseness?
A SPICE model is one possible
schematic presentation, which is
done using a text file. Components
in the file show the modeled
equivalent schematic of a device.
A very important question in the
creation of a model is at what level
of preciseness should the model
be extracted. Compared to digital,
HF analog systems are less wideband,
as the signal is very often
concentrated close to the carrier
frequency. In the case of a digital
system, the digital signal is presented
with wide spectra and the
model should be characterized at
a wide frequency range.
In an analog system, often the
designer does not know what
the working frequency of an
analog component will be and
must characterize it in a wide
frequency range to cover all
possible applications. It is also
important to have correct DC
modeling in order to have the
correct biasing for nonlinear
devices at the required frequency
range if the device will need to
go from the frequency domain
to the time domain.
Another model parameter is
impedance range, as the signal
shape will be different depending
on the impedance of the load
ports. In practice, this means the
impedances on the integrated circuit
(IC) pins that are used in the
design, so the model should provide
correct work in the required
impedance range.
Extraction Procedure
for BJT
The SOT343 package is used in
many HF devices and its parasitics
need to be considered in the
performance of a semiconductor
chip. Packages are soldered onto
PCBs and distribution of current
on the board’s leads and bond
wires adds inductive impedance
and magnetic couplings.
Capacitance between leads and
to the ground and other metal
parts produces couplings between
all these parts and must be
included in the models.
The package was measured in
different connection models on
a test fixture and parts of the
National Instruments
www.ni.com/awr
Figure 3: Three main parts of the pin
74 hf-praxis Best of 2018

Software
Best of 2018
Figure 4: Example of a high-quality model
package were modeled with
NI AWR Design Environment,
specifically Analyst 3D electromagnetic
(EM) simulator.
The package parts were then
converted to lumped elements
and a complete SPICE schematic
was created, which was
compared with measurement
values. The electromagnetic
compatibility (EMC) and signal
integrity were analyzed in the
time domain, where a series of
bits were transmitted through
the system. The binarity of the
system provides robustness, but
issues in the schematic design
with the impedance of the IP
pins, phase shifts, reflections,
and cross-talks caused distortion
of signal quality and failure to
receive the correct bits. The bit
error ratio (BER) indicated that
there were significant problems
in the design. Figure 1 shows the
3D layout in Analyst of the Infineon
BJT package. On a circuit
level, the eye window for the
signal is usually defined, the
estimate of which allows distortion
of the signal in all possible
bit sequences. All these effects
require high-quality models for
simulation of modern cuttingedge
systems to control them.
Nonlinear components are included
in addition to linear parasitic
nonlinear effects. There are
such formats as SPICE, IBIS,
Touchstone port parameters, and
Figure 5: Example of the equivalent schematic of each part of the pin
hf-praxis Best of 2018 75

Software
Best of 2018
Figure 6: Example of the equivalent schematic of the bond wires
more, which model the linear and
nonlinear components and enable
the design of analog, digital,
or mixed-signal systems. The
SPICE model is a very popular
simulation model that uses text
files to present the equivalent
schematic of the device with
parasitic effects. It usually presents
the physical structure of the
device, which gives very good
simulation quality, but opens
the internal structure of device.
The quality of modeling, as well
as the design quality and speed,
influence the economic aspects
of the design. High-quality
models reduce design time, as
well as design and prototyping
costs, because they require less
redesign and prototype iterations,
enabling earlier time to
market and higher market share
for electronic products.
This is particularly important
for next-generation technologies
such as internet of things (IoT)
and 5G communication systems,
as systems with such complexity,
density, and frequency range
cannot be properly designed
without precise modeling.
Measurement
Equipment and
Settings
SPICE model development starts
with an adequate EM model. The
EM model should correspond
to the real device, therefore the
geometry and electric properties
of the materials, as well as
port settings of model, should
correspond to the real-world
material and user case. Comparison
of the EM model simulation
with measurements lets
designers verify how close the
EM model is to the real device.
The calibration of measurement
setup and consideration of the
parasitic effects is another task
required for correct comparison.
When the EM simulation is close
to the measurements, it can be
used for EM extraction. A good
way to compare the EM model
with the real device is to compare
the S-parameters obtained
during EM simulation and measurements.
SPICE Extraction
Figure 7: 1.5 W amplifier gain, output power, and efficiency after optimization for 12 V operation
Lesen sie den vollständigen Artikel ab Seite 44 unter:
https://webkiosk.epaper-kiosk.beam-verlag.de/8-2018/60926723
SPICE format is one of the most
commonly-used simulation
models for EDA software tools.
It can model linear and nonlinear
circuits and include parasitic
effects of the components. Including
the main parasitic effects in
the SPICE netlist makes possible
correct wideband behavior
of the model. S-parameters are
also often used for simulation of
high-frequency devices, but this
approach provides linear behavior
only on the device pins, does
not include the inner structure of
the device (black-box model),
and is not supported in many
simulators, unlike SPICE. Usually
S-parameters are the result
of a measurements with certain
temperature, calibration, and
more. They have many advantages,
but SPICE is more flexible
and includes more information.
SPICE can present an equivalent
schematic in an EDA tool or in
text format.
76 hf-praxis Best of 2018

Verstärker
New 0.7 to 18 GHz CW Dual-Band Solid-State Amplifiers
you can go all the way from 0.7 to 18 GHz with the reliability
of solid-state designs.
Amplifier are equipped with a Digital Control Panel (DCP),
which provides both local and remote control of the amplifier.
The digital display on the front panel indicates control status and
reports of internal amplifier status. All amplifier control functions
and status indications are available remotely in GPIB/IEEE-488
format, RS-232 hardwire and fiber optic, USB, and Ethernet.
Amplifiers are designed to have low spurious signals, exhibit
very good linearity, and is extremely load tolerant which enables
to use them in many RF applications such as: RF susceptibility
testing, antenna/component testing, and communication
technology testing such as CDMA, W-CDMA, TDMA, GSM,
UWB, WiMAX etc.
Best of 2018
Immediately available models are:
• 30/20S1G18A: 30/20 Watt CW, 0.7 - 18 GHz
AR introduced a new family of dual-band, solid-state amplifiers
operating in frequency range of 0.7 to 18 GHz. With two state
of the art Class A CW amplifiers in a single chassis that costs
less, weighs less and smaller size than two separate amplifiers,
• 60/20S1G18A: 60/20 Watt CW, 0.7 - 18 GHz
• 60/40S1G18A: 60/40 Watt CW, 0.7 - 18 GHz
■ AR Deutschland GmbH
www.ar-deutschland.com
Neue HF-Verstärkerfamilie
Neu im Angebot bei Maury
Microwave sind Verstärkermodule,
die speziell für aktive
und hybride Load-Pull-Anwendungen
optimiert wurden. Dabei
wurde auf eine hohe Verstärkung,
Bandbreite, Ausgangsleistung
und spektrale Reinheit
sowie auf eine sehr geringe
Abhängigkeit dieser HF-Eigenschaften
bei Lastwechseln der
Probe geachtet.
Bei den Verstärkern wird dem
Endtest vor der Auslieferung
eine hohe Priorität beigemessen.
So gehören zusätzlich zu
den üblichen Funktionstests
auch Burn-in-, Lebensdauerund
Stress-Tests über dem Betriebstemperaturbereich
zur
Abschluss prozedur. Die umfangreichen
Testergebnisse werden
mit den Verstärkern ausgeliefert,
um dem Anwender Einblick in
die erzielten Eigenschaften zu
geben.
Charakteristika und besondere
Vorteile der Verstärker sind:
• Verwendung zuverlässiger
GaN-Halbleitertechnologie
• hohe HF-Leistung über das
gesamte Band mit geringem
Gain-Ripple
• hohe Linearität für Breitbandkommunikations-Tests
• integrierte Schutzschaltkreise
• variable Verstärkungsanpassung
• aussagekräftige Informationen
über das Display
In den deutschsprachigen Ländern
und in BeNeLux existiert
eine Zusammenarbeit mit der
bsw TestSystems & Consulting
AG. Die bsw ist seit über 20 Jahren
als Vertrieb und Integrationsspezialist
für Komplettlösungen
im Markt.
Die Messsysteme werden beispielsweise
für die Parameterextraktion,
Modellierung und
Validierung von Bausteinen für
Kommunikationssysteme (4G,
5G Base-Station, Mobiltelefon,
WLAN-Systeme), die Radartechnik,
industrielle Leistungsverstärker
und die Messtechnik
verwendet. Weiter stehen auch
Lösungen zur Charakterisierung
von Leis tungsbausteinen bei
kleineren Wellenwiderständen
zur Verfügung. Ein Demogerätebestand
kann über die bsw in
Sindelfingen angefragt werden.
■ bsw TestSystems &
Consulting AG
www.bsw-ag.com
CelsiStrip ®
Thermoetikette registriert
Maximalwerte durch
Dauerschwärzung.
Bereich von +40 ... +260°C
GRATIS Musterset von celsi@spirig.com
Kostenloser Versand ab Bestellwert
EUR 200 (verzollt, exkl. MwSt)
www.celsi.com
www.spirig.com
hf-praxis Best of 2018 77

Verstärker
Best of 2018
Portable, Self-contained, Air-cooled Broadband Amplifier
The Model 350AH1A amplifier
is a portable, self-contained,
air-cooled, broadband, solid
state amplifier unit designed for
laboratory applications where
instantaneous bandwidth, high
gain and moderate power output
are required. When used
with an RF sweep generator,
the 350AH1A will provide up
to 350 W of output power.
Housed in a stylish contemporary
enclosure, the unit provides
instantaneous power for
typical applications such as
magnetic susceptibility testing,
4 to 10 kHz requirement of
CS114 of MIL-Std- 461F,
antenna and component testing,
watt-meter calibration and as a
driver for higher power amplifiers.
The 350AH1A is powered
by a high efficiency switching
supply, with auto ranging AC
input circuitry which will automatically
accept voltages from
90 to 260 V AC in the 47 to
63 Hz frequency range. The
RF amplifier stages are protected
from over-temperature
and over-current conditions
by removing the DC voltage to
them when a fault is detected.
The touch screen display on the
front panel indicates the operational
status and any pending
fault conditions when an overtemperature,
over-current or
power supply fault has occurred.
The unit can be returned
to normal operation when the
condition has been cleared. The
unit also includes digital control
for both local and remote control
of the amplifier. The RISC
microprocessor controller board
provides IEEE-488 (GPIB),
USB, Ethernet and asynchronous
full duplex RS-232 communication
control of all amplifier
functions.
Two 350AH1A amplifiers may
be used together in a “bridged”
output configuration by supplying
the same signal to both
amplifiers and using the internal
signal inversion feature of one
amplifier. The amplifier output
grounds are connected and the
load is placed across the two
amplifier outputs.
The 350AH1A from AR RF/
Microwave Instrumentation is
a portable, self-contained, aircooled,
broadband, solid state
amplifier unit designed for laboratory
applications from 10 Hz
to 1 MHz. It provides a gain of
more than 39 dB with an output
power of over 350 W. The
amplifier is powered by a high
efficiency switching supply,
with auto ranging AC input circuitry
which will automatically
accept voltages from 90 to 260
V AC in the 47 to 63 Hz frequency
range. It is available as
a benchtop unit and has a digital
front panel display that indicates
the operate status and fault conditions
if an over-temperature or
power supply fault has occurred.
The RISC microprocessor
controller board provides IEEE-
488 (GPIB), USB, Ethernet
and asynchronous full duplex
RS-232 communication control
of all amplifier functions.
This Class AB Linear amplifier
provides instantaneous
power for typical applications
such as magnetic susceptibility
testing, 4 to 10 kHz requirement
of CS114 of MIL-Std-
461F, antenna and component
testing, watt-meter calibration
and as a driver for higher power
amplifiers.
■ AR
www.ar-deutschland.com
250 W Broadband SSPA
RFMW, Ltd. announced design and sales
support for a high power, solid state power
amplifier from Aethercomm. Designed
for high power, linear applications in both
ground and airborne systems, the SSPA 2.0-
6.0-250 delivers a nominal 250 W from 2 to
6 GHz and attains 300 W of saturated RF
power for non-linear requirements. Developed
using GaN technology for instantaneous,
broad band performance, the SSPA
2.0-6.0-250 offers 70 dB of small signal gain
and has 20-25% composite power added
efficiency across the band. Powered from a
28 V DC supply, standard features include
reverse polarity protection, over-temperature
protection, and over/under voltage protection.
Input and output SWR is specified at
2 maximum and a discrete blanking control
line is included with a 10 µs maximum
turn on/off time. This Aethercomm SSPA is
tested to MIL-STD-810 shock and vibration
requirements.
■ RFMW, Ltd.
www.rfmw.com
Instantaneous Power Across
a Single-band Frequency
Range of 0.1 to 1000 MHz
The 100U1000 is a completely new Class
A amplifier design, part of the new U-series
of AR Universal amplifiers. It instantaneously
covers a frequency range of 100 kHz
to 1000 MHz, at a rated output power of
100 W CW. Final RF performance details
of the 100U1000 can be found on the data
sheet, along with specifications for dimensions,
weight, power requirements, power
consumption etc. The 100U1000 standard
configuration includes RF connectors on the
front panel, with the enclosure and remote
interfaces included.
The rest of the new U-series amplifiers
include the 1U1000, 2.5U1000, 5U1000,
10U1000, 25U1000, and 50U1000.
Applications: The 100U1000 provides readily
available RF power for typical applications
such as RF susceptibility testing to
Military/aviation/automotive/commercial
standards, antenna and component testing,
watt meter calibration, research and development,
and use as a driver for higher
power amplifiers.
■ AR
www.ar-deutschland.com
78 hf-praxis Best of 2018

THE NEW BENCHMARK IN
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