Schnelle und genaue Messungen der passiven Intermodulation (PIM)

Der Testaufbau auf Basis der automatischen Pegelregelung (Automatic Level Control, ALC) mit dem R&S®ZVA Vektor-Netzwerkanalysator und den R&S®BBA150 Breitbandverstärkern liefert bei minimalen Testzeiten hochgenaue und reproduzierbare Ergebnisse.

Schnelle und genaue Messungen der passiven Intermodulation (PIM)

Ihre Anforderung

Bei sehr hohen Leistungspegeln kann in Komponenten wie Kabeln, Steckverbindern und (Duplex-) Filtern passive Intermodulation (PIM) auftreten. In modernen Mobilfunksystemen ist PIM beispielsweise in Transceivern von Basisstationen problematisch, da die Frequenz der PIM-Signale mit der Empfängerpfadfrequenz des Duplexfilters zusammenfallen kann, sodass sich die Empfindlichkeit des Empfängers verschlechtert. Während der Produktion von Duplexfiltern sind PIM-Tests daher unerlässlich. Für PIM-Messungen müssen zwei Töne in den Prüfling eingespeist werden, idealerweise mit gewobbelter Frequenz und Leistung. Konventionelle Testaufbauten mit mehreren Geräten wie Signalgeneratoren und Spektrumanalysatoren sind in ihrer Funktion begrenzt und machen Programmierarbeiten zur Steuerung und Abstimmung der Geräte notwendig. Lösungen auf Basis eines Single-Source-Netzwerkanalysators erfordern ebenfalls einen externen Signalgenerator und bieten nur sehr eingeschränkte Messkonfigurationen.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, stabile Signale bei hohen Leistungspegeln bereitzustellen. Thermische Einschwingeffekte der Leistungsverstärker führen zu Schwankungen der Ausgangsleistung, die beseitigt werden müssen, damit eine kalibrierte und stabile Leistung am Prüfling gewährleistet ist. Um eine Beschädigung der Testausrüstung und des Prüflings zu vermeiden, müssen die Verstärker zum Anschließen/Abtrennen des Prüflings aus- und wieder eingeschaltet werden. Nach dem Einschalten der Verstärker muss jedoch eine gewisse Einschwingzeit abgewartet werden, bis der Betriebszustand wiederhergestellt ist. Da schwer vorhersehbar ist, nach welcher Zeit ein stabiler Betriebszustand erreicht wird, und die Geschwindigkeit in einer Produktionsumgebung kritisch ist, wäre es nachteilhaft, die Betriebsbereitschaft der Leistungsverstärker abwarten zu müssen.

Konfigurationsmenü des ZVA für Intermodulationsmessungen
Konfigurationsmenü des R&S®ZVA für Intermodulationsmessungen
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Messtechnische Lösung

Der R&S®ZVA Vektor-Netzwerkanalysator mit vier Messtoren und zwei internen Quellen ermöglicht es, mit einem einzigen Gerät zwei frequenzversetzte Töne zu erzeugen, die schnell gewobbelt werden können. Die Software-Option R&S®ZVA-K4 Frequency Conversion bietet ein Menü für Intermodulationsmessungen, mit dem der Testaufbau für Messungen mit Wobbel-Frequenz oder -Leistung effizient konfiguriert werden kann.

Die beiden Töne werden an die R&S®BBA150 Breitbandverstärker angelegt, um die benötigten hohen Leistungspegel zu erzeugen. Mit Frequenzen von bis zu 6 GHz und Ausgangsleistungen von 15 W bis 200 W sind diese Verstärker ideal für PIM-Messungen.

Konfigurationsmenü für die automatische Pegelregelung (ALC) des ZVA
Konfigurationsmenü für die automatische Pegelregelung (ALC) des R&S®ZVA
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Die Grundlage für die Bereitstellung stabiler und präziser Testsignale für den Prüfling ist die automatische Pegelregelung (Automatic Level Control, ALC) des R&S®ZVA. Die ALC regelt die Quellenausgangsleistung der zwei Töne an den Messtoren 1 und 3 mit Hilfe der an den Referenzempfängern der zugehörigen Messtore gemessenen Leistungspegel genau und unabhängig. Dies führt zu einer extrem schnellen Anpassung der Ausgangsleistung bei der Referenzebene (dem Prüfling) innerhalb der kurzen ALC-Einschwingzeit. Mit ALC können Probleme aufgrund der thermischen und Leistungs-Einschwingzeiten sowie mit Schwankungen der Ausgangsleistung der Verstärker bewältigt werden. Die Messungen können unmittelbar nach dem Anschluss des Prüflings gestartet werden und die Testzeit wird von Minuten auf meist weniger als 1 Sekunde pro Sweep reduziert. Der Produktionsdurchsatz kann deutlich erhöht werden. In den meisten Fällen sind die Standardwerte der ALC-Funktion ausreichend, die einen Minimalbereich von 0,1 dB Einschwingtoleranz liefern. Bei Bedarf können die ALC-Parameter individuell für bestimmte Testanforderungen angepasst werden.

Während der Erstkalibrierung der Leistung werden die von den internen Quellen erzeugten Leistungen mit den bei den zugehörigen Referenzempfängern gemessenen Leistungspegeln und der an der Referenzebene gelieferten gewünschten Leistung korreliert. Für PIM-Messungen an Duplex-Filtern für Transceiver von Basisstationen kann diese einzigartige Lösung beispielsweise für die Bereitstellung des notwendigen Leistungspegels von bis zu +47 dBm für den Prüfling konfiguriert werden. Durch Verwendung der in dieser Application Card beschriebenen Testparameter und Komponenten steht ein unübertroffener Dynamikbereich von bis zu –168 dBc bei 43,5 dBm (1 Hz ZF) bei etwa 2 GHz zur Verfügung. Eine Erweiterung um zusätzliche 10 dB ist durch Verwendung von direktem Empfängerzugriff möglich.

Testaufbau mit dem ZVA und zwei BBA150 Verstärkern für eine reduzierte Testzeit und höhere Genauigkeit
Testaufbau mit dem R&S®ZVA und zwei R&S®BBA150 Verstärkern für eine reduzierte Testzeit und höhere Genauigkeit
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Fazit

Die PIM-Test-Performance hängt im Wesentlichen von der (thermischen) Einschwingzeit der Leistungsverstärker ab, die wiederum die Pegelgenauigkeit, Stabilität und Testzeit beeinflusst. Der Viertor-R&S®ZVA mit seinen zwei internen Quellen und automatischer Pegelregelung (ALC) stellt in Kombination mit den R&S®BBA150 Breitbandverstärkern eine einzigartige Lösung für extrem schnelle, hochgenaue und reproduzierbare PIM-Messungen dar.

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