Minimierung der Messunsicherheit bei EIRP-OTA-Messungen

Ihre Anforderung

Die präzise Messung absoluter Leistungspegel ist bei Over-The-Air-Szenarien eine Herausforderung, da herkömmliche Messaufbauten aus mehreren unterschiedlichen Komponenten bestehen. Zusätzlich ist es bei den meisten Antennen, Kabeln und Adaptern schwierig oder kostspielig, eindeutige Daten in Bezug auf die Messunsicherheit zu erhalten. Daher ist eine zuverlässige und/oder garantierte Systemkalibrierung oft nicht möglich oder kann nur durchgeführt werden, indem man auf Komponenten zurückgreift, die unnötig teuer sind.

Lösung von Rohde & Schwarz

Aufgrund ihres Designs beheben die R&S®NRPM-A90(D) OTA-Leistungssensoren viele dieser Unsicherheiten bzw. liefern eindeutige Angaben. Bewerkstelligt wird dies durch die Kombination aus Antenne und Leistungssensor sowie durch den Verzicht auf zusätzliche HF-Kabel und Adapter. Anschließend wird der gesamte Aufbau im Hinblick auf die gemeinsame Verwendung mit den R&S®NRPM3 Auslesemodulen kalibriert. So erreicht man eine Absolutmessung der äquivalenten isotropen Strahlungsleistung (Equivalent Isotropically Radiated Power, EIRP) eines Signals, das an einer USB- oder Ethernet-Schnittstelle mit einer garantierten Unsicherheit kleiner als 1 dB für die weitere Analyse bereitgestellt wird. Im Gegensatz dazu würde ein herkömmlicher Messaufbau bei gleichen Kosten nicht einmal zu garantierten Unsicherheiten von 2 dB bis 3 dB führen.

Dank der dreikanaligen Architektur des R&S®NRPM3 kann man mit einem Auslesemodul drei unabhängige Antennenmodule gleichzeitig messen, sodass die Charakterisierung einer Wellenfront in unterschiedlichen Polarisationen und Positionen möglich ist. Dadurch werden die Investitionskosten sowie die benötigte Testzeit reduziert.

Beiträge zur Messunsicherheit eines Standard-Messaufbaus

Über alle Messungen gesehen, tragen bei einem herkömmlichen Messaufbau (siehe Abbildung unten) folgende Komponenten am meisten zur Messunsicherheit bei:

Antennengewinn und weitere passive Komponenten wie Stecker, Adapter und Kabel:
Typische Kalibrierungen ergeben 1 dB bis 1,5 dB, die besten und kostspieligsten Antennenkalibrierungen ergeben 0,1 dB bis 0,2 dB.
Bei R&S®NRPM-A90(D) ist die durch den Antennengewinn bedingte Unsicherheit bereits in der Gesamtmessunsicherheit berücksichtigt.

Mechanische Fehlausrichtung der Antenne in Bezug auf den Strahl:
Insbesondere bei Antennen mit schmaler Keulenbreite, d. h. Antennen mit hohem Gewinn, ist dies eine große Herausforderung; typischerweise liegt der Unsicherheitsbeitrag in der Größenordnung von 0,3 dB pro Grad.
Bei R&S®NRPM-A90(D) wird eine Ausrichtung von ±2° bereits in der Gesamtmessunsicherheit berücksichtigt.

Position des Phasenzentrums, d. h. der effektive Abstand zwischen Messobjekt und Antenne:
Bedingt durch die geringen Abstände spielt dieser Beitrag speziell bei Messungen in einer Messkammer eine große Rolle; darüber hinaus wird die korrekte Position für Standardantennen normalerweise nicht spezifiziert.
Bei R&S®NRPM-A90(D) wird die exakte und korrekte Position sowie die Unsicherheit im Datenblatt angegeben.

Zusätzlich tragen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Temperatur (beides für R&S®NRPM-A90(D) spezifiziert), Polarisationsausrichtung (berücksichtigt für bis zu 5°), Radarquerschnitt, Störungen und Mehrwegeausbreitung zur Messunsicherheit bei. Detaillierte Angaben finden Sie im Datenblatt (PD 5215.8606.22).

Unter normalen Umgebungsbedingungen führt ein herkömmlicher Messaufbau insgesamt zu einer typischen, kombinierten Messunsicherheit von 1 dB bis 3 dB. Im Gegensatz dazu weist R&S®NRMP-A90(D) eine typische, garantierte Gesamtmessunsicherheit von 0,49 dB bis 0,72 dB auf. Durch den Einsatz zusätzlicher Messkammern und entsprechenden Zubehörs lassen sich die Einflüsse durch Störungen weiter reduzieren.

Fazit

Mit R&S®NRPM-A90(D) wird die Genauigkeit von OTA-Absolutmessungen auf ein bisher unerreichtes Level gehoben, während sich die Gesamtbetriebskosten stark reduzieren lassen. Darüber hinaus können Sie mit Hilfe der detaillierten Spezifikationen die Messunsicherheit auch für Ausnahmefälle bestimmen.

Typischer Aufbau für die Messung der EIRP eines Messobjekts: Üblicherweise umfasst dieser eine Antenne, Stecker, Kabel und ein Leistungsmessgerät. Im Fall des R&S®NRPM-A90(D) ist all dies in einem einzigen Gerät integriert.