Messungen
Hochleistungsfilter stellen besondere Anforderungen an die Messtechnik, vor allem im Durchlassbereich. Hier die von mir benutzte Messmethode:
Gemessen werden zwei Dinge:
Die Messung der Dämpfung bei den Oberwellen ist einfach. Man schließt einen Spektrumanalyser mit Trackinggenerator an das Filter an. Zunächst "normalisiert" man den Analyser wodurch Fehler durch Toleranzen eliminiert werden, danach führt man die Messung durch.
Da es egal ist ob z.B. die erste Oberwelle um 40 oder 41 dB gedämpft wird sind die Genauigkeitsanforderungen gering und die Messung leicht durchzuführen.
Ganz anders sieht es bei der Messung der Durchgangsdämpfung bei der Nutzfrequenz aus. Gerade bei Hochleistungsendstufen gehts hier um jedes zehntel dB. Dazu ein Beispiel:
60 dBm = 1000 Watt
59,8 dBm = 955 Watt
Wenn die Dämpfung im Durchlassbereich also "nur" 0,2dB beträgt werden trotzdem 45 Watt im Filter in Wärme umgewandelt. Bei 0,3dB sind es schon 67 Watt und bei 0,4dB bereits 88 Watt. Das ist richtig viel und wird das Filter kräftig aufheizen.
Das Ziel bei Filterdesign und -abgleich muss also sein die Durchgangsdämpfung auf das mögliche Mindestmaß zu drücken. Das muss man aber auch messen können um Änderungen am Filter bewerten zu können.
Den Grobabgleich mache ich mit einem dieser üblichen Spektrumanalyser. Bei genauer Untersuchung zeigt es sich aber, dass die Trackinggeneratoren ein Rauschen bzw. Ripple von über 0,1 dB haben. Rigol ist etwas besser, Siglent kommt je nach Einstellung der RBW (Bandbreite) auf bis zu 0,4dB. Vor einer Messung muss man daher zuerst Ein- und Ausgang des Analysers direkt verbinden und dieses Grundgeräusch messen.
Wir benötigen die Durchlassdämpfung auf besser als 0,1dB genau. Wenn man das mit einem Analyser misst der ein Eigengeräusch von >0,1dB hat, so sind die Ergebnisse natürlich sehr ungenau.
Ich gleiche das Filter daher zunächst mit dem Analyser ab so gut es geht, danach folgt eine viel genauere Messung:
Dazu benötigt man einen Signalgenerator und ein Oszilloskop (oder HF Millivoltmeter):
Man benutzt keinen (!) Tastkopf. Das Oszilloskop wird direkt mit einem BNC Kabel mit dem Generator verbunden. Beim Eingang des Oszilloskops aktiviert man den 50 Ohm Abschluss, den die meisten Oszilloskope haben. Jetzt stellt man am Generator eine Spannung ein die man gut ablesen kann, z.B. 1 Volt Spitze-Spitze.
Jetzt schleift man das Filter ein, und misst die Spannung nach dem Filter. Man muss genau hinsehen, groß ist der Unterschied nicht. Mit einem HF-Millivoltmeter gehts einfacher, aber solche Geräte hat nicht jeder.
Aus diesen beiden Messungen berechnet man jetzt die Durchlassdämpfung des Filters. Hier eine Tabelle welche sich auf eine Generatorspannung von 1 Volt bezieht, einmal als Spitze-Spitze Wert (einfach am Oszilloskop ablesbar) und einmal als Effektivwert (einfacher am Millivoltmeter ablesbar), folgende Tabelle stimmt für Vpp und Veff, eine Umrechnung ist nicht erforderlich.
Mit dem Oszilloskop kann man auf 0,1dB Genauigkeit kommen. Mit einem Millivoltmeter evt. mehr. Auf die absolute Genauigkeit kommt es nicht an, nur auf das Verhältnis, das macht es einfacher. Interessant ist der Vergleich der Messungen mit dem Ergebnis des Spektrumanalysators, auf einigen Bändern stimmt es recht genau, auf anderen können mehrere zehntel dB Abweichung auftreten.