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P
P (t)
e
PEP
P
P
P
avg
0
Bild 1: Verschiedene Leistungsbegriffe im Impulsdiagramm
Leistungsmessköpfe
Je nach Betriebsbedingungen, zu mes-
sender Leistung etc. kommen verschiede-
ne Varianten von Leistungsmessköpfen
zum Einsatz: Durchgangsmessköpfe oder
Abschlussmessköpfe.
Ein Durchgangsmesskopf wird in die
Leitung eingeschleift, um so die Vor- und
Rücklaufleistung in einem System gleich-
zeitig und unterbrechungsfrei messen zu
können. Diese Messköpfe beinhalten ei-
nen Richtkoppler, womit durch die Wahl
des Koppelfaktors nahezu beliebig große
Leistungen gemessen werden können. Die
Eigenschaften eines solchen Durchgangs-
messkopfes werden im Wesentlichen durch
die Qualität des Richtkopplers bestimmt.
Bei Abschlussmessköpfen wird der
Messkopf anstelle der Last in das System
eingesetzt. Die an dem Messkopf umge-
setzte Leistung wird thermisch oder über
einen Diodensensor erfasst. Um hier die
Messfehler klein zu halten, muss die An-
Bild 2: Simulation der Anpassschaltung
passung des Sensors besonders gut sein.
Der Sensor des RFP 500 besitzt dabei eine
Rückflussdämpfung von a
r
Abbildung 2 ist dazu die zugehörige Simu-
lation dargestellt. Inwieweit sich eine Fehl-
anpassung auf das Messergebnis auswirkt,
lässt sich aus folgender Formel ersehen:
P
P
1
10
Mess
GZ
0
Wobei P
die vorlaufende Leistung
GZ0
darstellt, die aufgrund des nicht idealen
Abschlusses (Rückflussdämpfung a
teilweise oder ganz am Leistungsmesser
reflektiert wird und so nicht zum Messwert
beiträgt. Eine Rückflussdämpfung von bes-
ser -14 dB schlägt sich dabei in einem
Messfehler von <0,2 dB nieder. Daher ist
die Güte der Anpassung auf den System-
wellenwiderstand ein wichtiges Merkmal
eines Leistungsmesskopfes.
Die Empfindlichkeit eines Leistungs-
sensors ist ein weiteres wichtiges Kriteri-
um. Diese ist vom Messprinzip abhängig.
Thermische Sensoren sind ab ca. 1 mW
(-30 dBm) verwendbar, Diodensensoren
ab 100 pW (-70 dBm). Die obere Mess-
grenze kann durch Präzisions-Dämpfungs-
glieder oder Richtkoppler bis in den MW-
Bereich ausgedehnt werden.
Prinzipiell gibt es für die Leistungsmes-
sung drei verschiedene Messprinzipien:
Messung mit Thermoelementen, Thermis-
toren oder Dioden.
Bei den thermischen Messverfahren wird
die HF-Leistung in Wärme umgesetzt. Die-
se Umsetzung hat den Vorteil, dass die
gemessene Leistung unabhängig von der
Kurvenform des Signales ist. Da so keine
t
Bewertungsfehler auftreten, gelten ther-
mische Sensoren als sehr genau. Die größ-
ten Ungenauigkeiten kommen durch ther-
mische Umgebungseinflüsse (schwanken-
de Umgebungstemperaturen, thermische
Kopplungen usw.) zustande. Bei großen
≤-14 dB. In
Leistungen ist die thermische Belastung
des Sensors noch ein Problem.
Die Messgeschwindigkeit eines thermo-
elektrischen Sensors ist in erster Linie durch
die zu erwärmende Masse bestimmt. Diese
thermische Zeitkonstante liegt bei moder-
ar
nen Sensoren im ms-Bereich. Diese Zeit-
10
dB
konstante schränkt somit auch den Ein-
satzbereich dieses Sensors ein. Er kann nur
zur Messung der mittleren Leistung heran-
gezogen werden. Für die Erfassung der
> )
r
Hüllkurvenleistung ist er zu langsam.
Heutzutage ist die Leistungsmessung mit
Detektordioden für geringe Leistungen am
weitesten verbreitet. Bei Diodensensoren
wird der Spannungsabfall an einem Ab-
schlusswiderstand von der Diode gleich-
gerichtet. Der Gleichanteil des Diodenaus-
gangssignales wird gemessen und als Maß
für die HF-Leistung angezeigt. Spezielle
Diodensensoren arbeiten hinunter bis in
den Pikowattbereich und besitzen so den
größten Dynamikbereich für die Messung
der Leistung. Im Allgemeinen beginnt der
Messbereich allerdings bei -40 dBm bis
-30 dBm.
Aufgrund ihrer hohen Messgeschwin-
digkeit sind Diodensensoren für die Mes-
sung von Spitzenleistungen und Hüllkur-
venleistungen sehr gut geeignet. Außer-
dem kommen sie oftmals als Ist-Wert-Ge-
ber für Amplitudenregelungen zur Anwen-
dung. Ein Diodensensor enthält einen Ab-
schlusswiderstand, einen Diodengleich-
richter in Ein- oder Mehrwegschaltung und
ein Anpassnetzwerk zur Kompensation der
Diodenkapazität und Anschlussinduktivi-
tät, eine Temperaturkompensation und eine
DC-Signalaufbereitung.
Funktionsprinzip
Der hier verwendete integrierte Sensor
LTC 5507i vom Hersteller Linear Techno-
logy beinhaltet alle wesentlichen Kompo-
nenten eines Diodendetektors. Lediglich
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