Messdaten übertragen Welchen Einfluss die Messleitung auf das Messergebnis hat

Autor / Redakteur: Achim Straub * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Sie scheint etwas unscheinbar – die Messleitung. Doch was nützt teure Messtechnik, wenn die Messergebnisse nicht reproduzierbar sind? Wir zeigen, worauf es bei einer Messleitung ankommt.

Firmen zum Thema

HF-optimierte Konstruktion: Eine schematische Darstellung des TestLine-Kabelaufbaus
HF-optimierte Konstruktion: Eine schematische Darstellung des TestLine-Kabelaufbaus
(Telegärtner)

Hochfrequenz-Messtechnik gehört mit zu den anspruchsvollsten Gebieten der Nachrichtentechnik. Mit enormem Aufwand sind die Hersteller hochwertiger Messgeräte bemüht, systembedingte Messfehler so klein wie möglich zu halten. Dabei müssen nicht nur die Geräte selbst, sondern auch das gesamte Messzubehör präzise, zuverlässig und mit reproduzierbaren Ergebnissen arbeiten. Der Einfluss der Messleitungen auf die Messergebnisse wird jedoch zu oft unterschätzt.

Bildergalerie

Messungen können nur so genau sein wie die Messgeräte, die sie liefern. Entsprechende elektronische Baugruppen müssen gut ausgewählt werden, die Geräte regelmäßig kalibriert, die Umgebungsbedingungen von Labor und Messplätzen in definierten Grenzen gehalten werden. Auch das Messzubehör entspricht strengen Richtlinien. Dennoch wird der Einfluss von Messleitungen auf die Genauigkeit, die Zuverlässigkeit und die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse nicht immer ausreichend beachtet.

Allzu oft werden günstige Messleitungen oder gar herkömmliche Verbindungsleitungen statt spezieller, hochwertiger Messleitungen verwendet. Das Ergebnis: nicht exakt reproduzierbare und damit nicht ausreichend verlässliche Messergebnisse. Was aber unterscheidet eine hochwertige Messleitung von herkömmlichen HF-Leitungen?

Messleitungen müssen für deutlich höhere Steckzyklen und stärkere Biegebeanspruchungen ausgelegt sein und gleichzeitig wesentlich engere Toleranzen als herkömmliche Leitungen aufweisen. Ausschlaggebend sind Konstruktion und Materialauswahl, sowohl beim Steckverbinder als auch beim Kabel. Steckerkörper und Überwurfmutter aus Edelstahl und ein vergoldeter, kaptivierter Innenleiter garantieren Langlebigkeit und hochpräzise, langzeitstabile Abmessungen bei minimalen Toleranzen.

Für einen möglichst verlust- und reflexionsarmen Signalübergang sollten Innen- und Außenleiter des Steckers mit den Leitern der Koaxialleitung verlötet sein.Dabei reicht es nicht aus, qualitativ hochwertige Steckverbinder zu verwenden. Auch die Leitung selbst muss höheren Ansprüchen genügen. So werden Messleitungen beispielsweise öfter bewegt als herkömmliche Koaxialleitungen. Dabei ändert jede Biegung des Kabels die Kabelgeometrie und die elektrische Länge, was sich in der Phasenbeziehung von gesendetem und empfangenem Signal widerspiegelt.

Durch mechanische Veränderungen von Innenleiter, Dielektrikum und Außenleiter ändert sich die Phasenlage des Signals bezüglich des kalibrierten Nullpunkts genauso wie seine Amplitude. Die Biegebeanspruchung des Kabels hat damit unmittelbar Einfluss auf die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. Gerade bei minderwertigen Leitungen sind die mechanischen Veränderungen signifikant und teilweise irreversibel.

HF-optimierte Konstruktion für eine robuste Messleitung

Eine HF-optimierte Konstruktion und ausgewählte Materialien bieten Abhilfe. Das können versilberte Leiter, ein Dielektrikum aus geschäumtem PTFE und ein Kabelmantel aus FEP sein. Damit lassen sich flexible Messleitungen erstellen. Es ist erforderlich, dass die Fertigung permanent überwacht wird, die Prozesse produktoptimiert sind und die Qualitätssicherung lückenlos ist. Neben Phasen- und Amplitudenstabilität ist die Rückflussdämpfung die dritte kritische Größe bei HF-Messleitungen.

Trifft das Messsignal auf eine Stoßstelle – durch Änderung der Geometrie des Übertragungswegs bei mechanischer Beanspruchung oder durch eine Materialänderung – entstehen Impedanzsprünge und somit frequenzabhängige Signalreflexionen. Übergänge von einem Leiter auf einen anderen sind besonders problematisch. Bei Messleitungen, die bis 11 GHz (N-Stecker) oder bis 18 GHz (SMA) eingesetzt werden können, beeinflussen die Rückflussdämpfung und deren Stabilität die Messgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.

Neben Steckverbinderdesign und Kabelaufbau sind eigens entwickelte Prozeduren in Fertigung und Qualitätssicherung notwendig. Jede Messleitung der TestLine von Telegärtner wird deshalb mit einem detaillierten Prüfprotokoll ausgeliefert.

* Achim Straub ist Produktmanager Coax bei Telegärtner Karl Gärtner GmbH in Steinenbronn.

(ID:42293181)