Das Testen und Validieren der Leistung von Hohlraum-Bandpassfiltern im Labor umfasst mehrere wichtige Messungen, um sicherzustellen, dass sie Spezifikationen wie Einfügungsdämpfung, Rückflussdämpfung, Bandbreite, Mittenfrequenz, Unterdrückung und Belastbarkeit erfüllen. Nachfolgend finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung:

1. Erforderliche Ausrüstung

Vektornetzwerkanalysator (VNA) – Für S-Parameter-Messungen (S11, S21).

Signalgenerator und Spektrumanalysator – Alternative, wenn VNA nicht verfügbar ist.

Leistungsmesser – Zur Überprüfung der Einfügungsdämpfung.

Leistungsverstärker und Dummy-Last – Für Hochleistungstests (falls zutreffend).

Kalibrierungskits (SOLT/TRL) – Für die VNA-Kalibrierung.

Kabel & Adapter – Hochwertige, phasenstabile HF-Kabel.

Temperaturkammer (falls erforderlich) – Für thermische Stabilitätstests.

2. Vorbereitung

Kalibrieren Sie den VNA mithilfe der SOLT-Kalibrierung (ShortOpenLoadThru) bis zum gewünschten Frequenzbereich (z. B. 1–10 GHz).

Schließen Sie den Filter ordnungsgemäß an (achten Sie auf eine ordnungsgemäße Verbindung mit minimaler Kabelbewegung).

Planen Sie für den Filter eine Aufwärmzeit ein (insbesondere bei Hohlräumen mit hohem Q-Faktor, da die Temperatur die Leistung beeinflusst).

3. Wichtige Messungen

A) Frequenzgang (S21 – Einfügungsdämpfung und Bandbreite)

Messen Sie S21 (Übertragung) über den gesamten Frequenzbereich.

Identifizieren:

Mittenfrequenz (f₀) – Hier ist der Einfügungsverlust am geringsten.

3 dB Bandbreite – Frequenzbereich, in dem der Verlust ≤3 dB vom Spitzenwert beträgt.

Einfügungsdämpfung (IL) – Mindestdämpfung bei f₀ (sollte so gering wie möglich sein, z. B. <0,5 dB).

Formfaktor – Verhältnis von 60 dB BW zu 3 dB BW (gibt die Steilheit der Ränder an).

B) Rückflussdämpfung / VSWR (S11 – Eingangsanpassung)

Messen Sie S11 (Reflexion), um die Impedanzanpassung zu überprüfen.

Die Rückflussdämpfung sollte im Durchlassbereich >15 dB (VSWR <1,5) betragen.

Eine geringe Rückflussdämpfung weist auf Fehlanpassungen hin (z. B. falsche Kopplung).

C) Out-of-Band-Unterdrückung

Messen Sie die Sperrdämpfung bei bestimmten Frequenzen.

Überprüfen Sie, ob es fehlerhafte Reaktionen gibt (unerwartete Durchlassbereiche).

Überprüfen Sie, ob die Unterdrückung den Spezifikationen entspricht (z. B. >60 dB bei ±500 MHz von f₀).

D) Gruppenverzögerung (Phasenlinearität)

Verwenden Sie die Gruppenlaufzeitmessung (Phasenableitung) des VNA.

Sollte im Durchlassbereich flach sein, um eine minimale Signalverzerrung zu gewährleisten.

e) Belastbarkeit (falls zutreffend)

Legen Sie ein Hochleistungssignal (CW oder gepulst) in der Nähe von f₀ an.

Überwachen Sie S21 vorher/nachher auf Verschlechterung (was auf Lichtbogenbildung oder Erwärmung hinweist).

Temperaturanstieg messen (für Hochleistungsfilter).

F) Thermische Stabilität (für kritische Anwendungen)

Legen Sie den Filter in eine Temperaturkammer.

Messen Sie die Frequenzdrift und die IL-Variation über die Temperatur (z. B. 40 °C bis +85 °C).

4. Validierung anhand der Spezifikationen

Vergleichen Sie die Ergebnisse mit den Datenblatt- oder Designzielen:

Durchlassbandwelligkeit (sollte minimal sein, z. B. <0,2 dB).

Bandbreite (muss die erforderlichen 3 dB oder 1 dB BW erfüllen).

Unterdrückung (muss die erforderliche Dämpfung in Sperrbändern erfüllen).

Belastbarkeit (keine Verschlechterung bei Nennleistung).

5. Fehlerbehebung bei häufigen Problemen

Hohe Einfügungsdämpfung? → Überprüfen Sie, ob die Kopplung schlecht ist oder es zu Leitungsverlusten kommt.

Schlechte Rückflussdämpfung? → Überprüfen Sie die richtige Impedanzanpassung (Abstimmschrauben müssen möglicherweise angepasst werden).

Asymmetrische Reaktion? → Mögliche Herstellungsfehler (falsch ausgerichtete Resonatoren).

Frequenzdrift? → Überprüfen Sie die Auswirkungen der Wärmeausdehnung (Materialeigenschaften).

6. Erweiterte Tests (optional)

Intermodulationsverzerrung (IMD) → Für Hochleistungsfilter.

Beitrag des Phasenrauschens → Bei Verwendung in Oszillatorschleifen.

Vibrations-/Schockprüfung → Für Militär-/Luftfahrtanwendungen.

Abschluss

Durch systematische Messung von S-Parametern, Belastbarkeit und thermischer Stabilität können Sie die Leistung eines Hohlraum-Bandpassfilters umfassend validieren. Dokumentieren Sie die Ergebnisse stets und vergleichen Sie sie mit den Designspezifikationen, um die Konformität sicherzustellen.

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