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Die Erfindung betrifft einen Netzwerkanalysator mit Steuereinheit, die nach einer ersten Kalibrierung für auf einer Anzeigeeinrichtung mittels einer Bedieneinrichtung ausgewählte Bereiche eine zweite Kalibrierung initiiert, ein entsprechendes Kalibrierverfahren und ein Messsystem mit entsprechendem Netzwerkanalysator und mehreren Kalibrierstandards.
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Messgeräte verfügen stets über eine bestimmte Messgenauigkeit. Diese Messgenauigkeit unterscheidet sich häufig je nach vermessenem Messobjekt. Insbesondere bei Netzwerkanalysatoren ergibt sich die Genauigkeit aus der Art der durchgeführten Kalibrierung. Dabei erzielen unterschiedliche Kalibrierverfahren unterschiedliche Messgenauigkeiten für verschiedene Messobjekte. Bei herkömmlichen Messgeräten bleibt es der Erfahrung des Bedienpersonals überlassen, ein geeignetes Kalibrierverfahren für eine anstehende Messaufgabe auszuwählen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2006 008 063 A1 offenbart ein Verfahren zur Darstellung der Messergebnisse eines Netzwerkanalysators mit gleichzeitiger Toleranzanzeige. Dabei wird in einem Diagramm das Messergebnis der Vermessung eines bestimmten Messobjekts dargestellt. Zusätzlich wird dieses Messergebnis mit einem Toleranzbereich umgeben, in welchem der Messwert mit einer festgelegten Wahrscheinlichkeit befindlich ist. Nachteilhaft hieran ist, dass eine Beurteilung der Messgenauigkeit erst nach der Durchführung der Messung möglich ist.
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Das Dokument
DE 10 2009 024 751 A1 zeigt ein Verfahren - und Messgerät zur Fehlerkorrektur eines Mehrtor-Netzwerkanalysators.
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Das Dokument
DE 34 45 915 C2 zeigt einen Hochfrequenz-Netzwerkanalysator mit digitaler Datenverarbeitung.
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Das Dokument
US 2005 / 0 165 570 A1 zeigt ein Messgerät und ein Messverfahren und zugehörige Kalibrierverfahren.
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Das Dokument
US 2008/0278493 A1 zeigt eine Kalibrierung von Messgeräten, und eine Darstellung der Ergebnisse auf einem Bildschirm.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät, ein Messsystem und ein Messverfahren zu schaffen, welche eine Beurteilung der zu erwartenden Messgenauigkeit vor Durchführung der Messung ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Vorrichtung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1, für das System durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 6 und für das Verfahren durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Messgerät zur Vermessung von Messobjekten verfügt über eine Erfassungseinrichtung, eine Steuereinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung. Das Messgerät ist mittels an die Erfassungseinrichtung anschließbarer Kalibierstandards kalibrierbar. Die Steuereinrichtung berechnet anhand einer ersten Kalibrierung zu erwartende Messgenauigkeiten für eine Vielzahl unterschiedlicher Lasten. Die Steuereinrichtung steuert die Anzeigeeinrichtung zur Darstellung der berechneten Messgenauigkeiten an. Der Netzwerkanalysator verfügt dabei über eine Bedieneinrichtung. Mittels der Bedieneinrichtung können Bereiche der Anzeigeeinrichtung ausgewählt werden. Die Steuereinrichtung initiiert bei Auswahl einer dargestellten Messgenauigkeit für eine bestimmte Last eine zweite Kalibrierung unter Nutzung zumindest eines zusätzlichen Kalibrierstandards, welche eine Erhöhung der Messgenauigkeit für diese Last bewirkt. So ist es dem Nutzer möglich, übersichtlich die zu erwartende Messgenauigkeit für eine Vielzahl von Messungen zu erkennen und so gezielt die Genauigkeit für seine Messaufgabe abzuschätzen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein beispielhaftes Smith-Diagramm,
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messgeräts in einem Blockschaltbild;
- 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messgeräts in einem Blockschaltbild;
- 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung des erfindungsgemäßen Messgeräts;
- 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung des erfindungsgemäßen Messgeräts;
- 6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung des erfindungsgemäßen Messgeräts;
- 7 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung des erfindungsgemäßen Messgeräts;
- 8 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung des erfindungsgemäßen Messgeräts;
- 9 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung des erfindungsgemäßen Messgeräts;
- 10 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung des erfindungsgemäßen Messgeräts, und
- 11 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messverfahrens.
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Zunächst werden anhand der 1 - 3 der Aufbau und die Funktionsweise verschiedener Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Messgeräts erläutert. Anschließend wird anhand von 4 - 10 näher auf die Funktionsweise eingegangen. Abschließend wird anhand von 11 die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messverfahrens veranschaulicht. Identische Elemente wurden in ähnlichen Abbildungen z.T. nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
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In 1 ist ein beispielhaftes Smith-Diagramm 1 dargestellt. Ein Smith-Diagramm ist ein Hilfsmittel der komplexen Wechselstromrechnung, welches die Berechnung komplexer Widerstände auf eine einfache geometrische Konstruktion zurückführt. Der linke Extremwert entspricht dabei einem Kurzschluss, während der rechte Extremwert einem Leerlauf entspricht. Die obere Halbebene entspricht induktivem Verhalten, während die untere Halbebene kapazitivem Verhalten entspricht.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messgeräts. Das Messgerät weist ein Gehäuse 10 mit einer Anzeigeeinrichtung 11, einer Steuereinrichtung 15, einer Erfassungseinrichtung 12 und mehreren Messtoren 14 auf. Zusätzlich ist mit der Steuereinrichtung 15 eine Bedieneinheit 13, z.B. eine Mouse verbunden.
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Ein hier nicht dargestelltes Messobjekt wird zur Vermessung mit zumindest einem der Messtore 14 verbunden. Die Erfassungseinrichtung 12 beaufschlagt das Messobjekt gesteuert von der Steuereinrichtung 15 mit einem Anregungssignal. Signale von dem Messobjekt werden über die Messtore 14 empfangen und von der Erfassungseinrichtung 12 verarbeitet. Ergebnisse werden an die Steuereinrichtung 15 weitergeleitet und gesteuert durch diese auf der Anzeigeeinrichtung 11 dargestellt. Das Messgerät ist mittels der Bedieneinheit 13 bedienbar. Vor der Vermessung eines Messobjekts kann eine Kalibrierung durchgeführt werden. Hierzu werden nacheinander mehrere Kalibrierstandards an die Messtore 14 angeschlossen und Kalibriermessungen durchgeführt. Anhand einer Fehlerrechnung werden Fehlermatrizen erstellt, welche zur Korrektur später aufgezeichneter Messwerte herangezogen werden.
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In 3 wird ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messgeräts gezeigt. Hier wird eine Detailansicht der Erfassungseinrichtung 12 aus 3 dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber sind hier nicht sämtliche Komponenten gezeigt. Eine Anregungseinrichtung 20 ist über ein Messtor 14, welches nicht Teil der Verarbeitungsrichtung 12 ist, mit einem Kalibrierstandard 22 verbunden. Die Anregungseinrichtung 20 ist weiterhin mit der Steuereinrichtung 15 verbunden. Die Steuereinrichtung 15 ist darüber hinaus mit einer Hochfrequenzverarbeitungseinrichtung 27 verbunden, welche ihrerseits mit Messanschlüssen 23 - 26 verbunden ist. Die Messanschlüsse 23 und 24 vermessen einen ersten Anschluss des Messtors 14, während die Messanschlüsse 25, 26 einen zweiten Anschluss des Messtors 14 vermessen.
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Die Anregungseinrichtung 20 beaufschlagt gesteuert durch die Steuereinrichtung 15 das Messobjekt, bzw. den Kalibrierstandard 22 mit einem Anregungssignal. Das Anregungssignal, ein von dem Messobjekt bzw. Kalibrierstandard 22 reflektiertes Signal, ein von dem Messobjekt bzw. Kalibrierstandard 22 transmittiertes Signal und ein von der Anregungseinrichtung 20 reflektiertes Signal werden von den Messanschlüssen 23 - 26 erfasst und an die Hochfrequenzverarbeitungseinrichtung 27 übertragen. Diese misst die jeweiligen Signale und leitet die digitalisierten Ergebnisse an die Steuereinrichtung 15 weiter. Wurde ein Kalibrierstandard 22 vermessen, werden die Ergebnisse gespeichert. Sobald ein Satz von Kalibriermessungen mit mehreren Kalibrierstandards beendet ist, führt die Steuereinrichtung 15 eine Fehlerrechnung durch, um Fehlermatrizen zu bestimmen, welche zur Korrektur später gemessener Messwerte herangezogen werden. Zu jedem Satz von Kalibrierwerten wird die Art des eingesetzten Kalibrierstandards gespeichert. Soll nach einem ersten Kalibriervorgang ein zweiter Kalibriervorgang unter Verwendung zumindest eines abweichenden Kalibrierstandards durchgeführt werden, ist es lediglich notwendig, noch nicht vermessene Kalibrierstandards nacheinander anzuschließen und zu vermessen. Die Fehlerrechnung wird anhand der bereits aufgezeichneten Kalibrierergebnisse aus der ersten Kalibrierung und den neuen Kalibrierergebnissen durchgeführt.
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Nach Durchführung der Kalibrierung bestimmt die Steuereinrichtung 15 anhand des durchgeführten Kalibrierverfahrens Messgenauigkeiten für eine Vielzahl unterschiedlicher möglicher Lasten. Statt die Messgenauigkeit zu bestimmen, kann auch auf eine Liste vorab berechneter Messgenauigkeiten zurückgegriffen werden. Mittels der Anzeigeeinrichtung 11 aus 2 werden die zu erwartenden Messgenauigkeiten dargestellt. Hierauf wird anhand von 4 - 10 näher eingegangen.
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4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung 11 des erfindungsgemäßen Messgeräts. Auf der Anzeigeeinrichtung 11 ist das gegenwärtig eingesetzte Kalibrierverfahren 41 dargestellt. Darüber hinaus ist ein Smith-Diagramm 40 dargestellt. In dem Smith-Diagramm 40 sind die zu erwartenden Messgenauigkeiten 42 - 46 als Schattierungen und/oder als Farbverlauf dargestellt. In der gegenwärtigen Ansicht wurde als Kalibrierverfahren 41 TRL (Through, Reflection, Line; Durchgang, Reflexion, Leitung) eingesetzt. D.h. es wurden nacheinander eine Kurzschlussverbindung, ein Leerlauf und eine Leitung definierter Länge vermessen. Dies führt zu einer großen Messgenauigkeit 44 im Bereich ohmscher Lasten. Bei geringfügig kapazitivem oder induktivem Verhalten treten bereits geringere Messgenauigkeiten 43, 45 auf. Weist die zu vermessende Last ein stark induktives oder kapazitives Verhalten auf, so ist die Messgenauigkeit 42, 46 sehr gering. Beispielsweise ist die Messgenauigkeit einer beispielhaften Last 47 bei dem hier eingesetzten Kalibrierverfahren 41 sehr gering.
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Wählt der Benutzer des Messgeräts mittels der Bedieneinheit 13 aus 2 einen Punkt innerhalb des Smith-Diagramms 40 mit suboptimaler Messgenauigkeit aus, so startet das Messgerät ein neues Kalibrierverfahren, welches eine Erhöhung der Messgenauigkeit für den ausgewählten Punkt, d.h. für die ausgewählte Last ermöglicht. Wählt der Nutzer z.B. die Last 47 aus, steuert die Steuereinrichtung 27 die Anzeigeeinrichtung 11 derart, dass diese einen Auswahldialog anzeigt, welcher dem Nutzer die Durchführung zumindest einer, bevorzugt mehrerer verschiedener zusätzlicher Kalibrierverfahren anbietet. Wählt der Nutzer eines dieser angebotenen Kalibrierverfahren aus, wird er von der Anzeigeeinrichtung 11 gesteuert durch die Steuereinrichtung 27 zum Anschließen der benötigten Kalibrierstandards angeleitet.
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5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung 11 des erfindungsgemäßen Messgeräts. Das hier durchgeführte Kalibrierverfahren TRM (Through, Reflection, Match; Durchgang, Reflexion, Anpassung) entspricht dem Anschluss einer Kurzschlussverbindung, eines Leerlaufs und einer angepassten Leitungslänge. Es ergibt sich bei diesem Messverfahren eine hohe Messgenauigkeit 54 im Bereich mittlerer ohmscher Lasten unabhängig von einem kapazitiven oder induktiven Verhalten. Eine mittlere Messgenauigkeit 53, 55 wird für niedrige und hohe ohmsche Widerstände erreicht. Eine sehr niedrige Messgenauigkeit 52, 56 wird für sehr niedrige und sehr hohe ohmsche Widerstände erreicht. Hier erfolgt die Darstellung der Messgenauigkeiten 52 - 56 durch umrandete Bereiche. Diese Bereiche können zusätzlich farblich oder mit Graustufen hinterlegt sein. Deutlich erkennbar ist hier, dass die Last 47 aus 4 nun in einem Bereich hoher Messgenauigkeit 54 liegt.
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6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung 11 des erfindungsgemäßen Messgeräts. Das hier durchgeführte Kalibrierverfahren 61 entspricht dem Kalibrierverfahren 51 aus 5. Die Messgenauigkeiten 62-66 entsprechen den Messgenauigkeiten 52 - 56 aus 5. Hier sind die Messgenauigkeiten 62 - 66 jedoch erneut als Schattierungen bzw. als Farbverlauf über dem Smith-Diagramm 60 dargestellt.
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7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung 11 des erfindungsgemäßen Messgeräts. Das hier durchgeführte Kalibrierverfahren 71 ist OSL (Open, Short, Load; Offen, Kurz, Last). Dabei werden als Kalibrierstandards ein Leerlauf, ein Kurzschluss, eine ohmsche Laste und eine Durchverbindung nicht definierter Leitungslänge eingesetzt. Es ergibt sich eine hohe Messgenauigkeit 74 für jegliche ohmsche Widerstände und geringe kapazitive bzw. induktive Anteile. Eine geringere Messgenauigkeit 73, 75 ergibt sich für höhere induktive bzw. kapazitive Anteile. Für sehr hohe induktive bzw. kapazitive Anteile ergibt sich eine sehr geringe Messgenauigkeit 72, 76. Auch hier werden die Messgenauigkeiten 72 - 76 als umrandete Bereiche dargestellt. In dem Smith-Diagramm 70 ist zusätzliche eine beispielhafte Last 77 dargestellt. Nach Durchführung dieser ersten Kalibrierung möchte der Nutzer eine beispielhafte Last 77 vermessen und stellt fest, dass das durchgeführte Kalibrierverfahren hierfür nur eine sehr geringe Messgenauigkeit 76 erreicht. Der Nutzer wählt somit diese beispielhafte Last 77 mittels der Bedieneinheit auf der Anzeigeeinrichtung 11 aus. Auf der Anzeigeeinrichtung 11 wird nun gesteuert durch die Steuereinrichtung ein Dialog angezeigt, welcher ihn zur Durchführung weiterer Kalibriermessungen auffordert. Hierauf wird anhand von 9 näher eingegangen.
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In 8 wird ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung 11 des erfindungsgemäßen Messgeräts gezeigt. Das Smith-Diagramm 80 entspricht dem Smith-Diagramm 70 aus 7. Ebenso entsprechen die Messgenauigkeiten 82 - 86 den Messgenauigkeiten 72 - 76. Hier erfolgt die Darstellung als Schattierung bzw. Farbverlauf.
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In 9 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung 11 des erfindungsgemäßen Messgeräts gezeigt. Auch hier sind die Messgenauigkeiten 92 - 96 in einem Smith-Diagramm 90 angezeigt. Wie anhand von 7 erläutert, wird der Nutzer ausgehend von einer OSL-Kalibrierung dazu aufgefordert, als zusätzliche Kalibrier-Standards ein Leerlauf mit 60° Phasenversatz und einen Kurzschluss mit 60° Phasenversatz nacheinander anzuschließen. Die aufgezeichneten Kalibriermessungen für die übrigen Kalibrierstandards der OSL-Kalibrierung können weiter verwendet werden. Durch diesen Offset von 60° ergibt sich eine Drehung der Messgenauigkeiten 92 - 96 um den Winkel 97, welcher 60° entspricht gegenüber den Messgenauigkeiten 72 - 76 aus 7. Die beispielhafte Last 77 liegt nun im Bereich sehr hoher Messgenauigkeiten 94.
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In 10 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht der Anzeigeeinrichtung 11 des erfindungsgemäßen Messgeräts dargestellt. Das hier eingesetzte Kalibrierverfahren 101 entspricht dem Kalibrierverfahren 91 aus 9. Auch die Messgenauigkeiten 102 - 106 entsprechen den Messgenauigkeiten 92 - 96 aus 9. Hier wurde erneut die Darstellung der Messgenauigkeiten 102 - 106 als Schattierung bzw. Farbverlauf gewählt.
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In 11 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messverfahrens gezeigt. In einem ersten Schritt 110 wird ein für ein Kalibrierverfahren benötigter Kalibrierstandard an ein Messtor des Messgeräts angeschlossen. In einem zweiten Schritt 111 wird eine Kalibriermessung an diesem Kalibrierstandard durchgeführt. Die Messergebnisse der Kalibriermessung werden aufgezeichnet. Wenn noch nicht sämtliche Kalibrierstandards für das gewählte Kalibrierverfahren vermessen sind, so wird mit dem ersten Schritt 110 fortgefahren.
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Sobald sämtliche für das gewählte Kalibrierverfahren benötigten Kalibrierstandards vermessen wurden und die Messergebnisse der Kalibriermessung aufgezeichnet wurden, wird in einem dritten Schritt 112 die Fehlerrechnung durchgeführt. D.h. anhand der Messergebnisse der Kalibriermessungen wird ein Fehlermodell berechnet, anhand dessen spätere Messungen an Messobjekten korrigiert werden können. In einem vierten Schritt 113 werden basierend auf dem gewählten Kalibrierverfahren Messgenauigkeiten für eine Vielzahl von möglichen Lasten berechnet. Alternativ wird auf vorberechnete Messgenauigkeiten für das jeweils gewählte Kalibrierverfahren zurückgegriffen.
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In einem fünften Schritt 114 werden die bestimmten bzw. ausgelesenen Messgenauigkeiten mittels einer Anzeigeeinrichtung dargestellt. Dabei kann die Anzeige in einem Smith-Diagramm, wie in 4 - 10 dargestellt, erfolgen. Alternativ können auch andere Darstellungen eingesetzt werden. So ist eine Pegel-Frequenz-Darstellung oder eine Polarkoordinaten-Darstellung ebenfalls denkbar. Falls der Benutzer mit der dargestellten Messgenauigkeit einverstanden ist, wird nun in einem sechsten Schritt 115 das Messobjekt vermessen, nachdem es angeschlossen wurde. Im Zuge dieser Vermessung wird eine Korrektur der aufgezeichneten Messwerte mittels der im dritten Schritt 112 berechneten Korrekturfaktoren durchgeführt.
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Ist der Nutzer nicht mit den Messgenauigkeiten zufrieden, wählt er in einem siebten Schritt 116 eine dargestellte Messgenauigkeit für eine bestimmte Last aus. In einem achten Schritt 117 wird ein Kalibrierverfahren, welches eine hohe Messgenauigkeit für diese ausgewählte Last erzielt, ausgewählt. Es wird bestimmt, welche zusätzlichen Kalibrierstandards angeschlossen werden müssen, um eine Fehlerrechnung für dieses Kalibrierverfahren durchführen zu können. Fortgefahren wird mit dem ersten Schritt 110.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Wie bereits erwähnt, können die Messgenauigkeiten in verschiedenen Anzeigeformen dargestellt werden. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar.
