Warum kalibrierte HF-Leistungsmesser so wichtig sind.

Warum Rückführbarkeit?

Marktreife Produkte im D-Band sind zwar erst in Zukunft zu erwarten, die Grundlagen für deren Marktzulassung müssen aber frühzeitig gelegt werden. Für den Nachweis, dass die Sendeleistung innerhalb gesetzlich vorgeschriebener Grenzwerte liegt, sind kalibrierte HF-Leistungsmesser nötig. Damit deren Messskala kalibriert, also auf ein nationales Bezugsnormal rückgeführt werden kann, muss ein solches Bezugsnormal erst einmal geschaffen und den Messtechnikherstellern zugänglich gemacht werden. Diese anspruchsvolle und aufwendige Aufgabe wurde für das D-Band im Jahr 2023 abgeschlossen.

An dem europaweiten Projekt war Rohde & Schwarz als einer der Projektpartner beteiligt und hat eng mit der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) und weiteren nationalen Metrologieinstituten zusammengearbeitet. In diesem Zuge wurden auch die Leistungsmesser R&S NRP170TWG für das D-Band kalibriert. Sie sind nach wie vor die einzigen HF-Leistungsmesser am Markt, deren kalibrierter Messbereich auch Frequenzen oberhalb von 110 GHz abdeckt.

Die Rolle von Rohde & Schwarz in der Kalibrierhierarchie

Das international gültige Prinzip von Kalibrierhierarchie und Kalibrierkette ist in Bild 2 gezeigt. Im Beispiel von Deutschland stellt die PTB als nationales Staatsinstitut sicher, dass die wichtigsten Messgrößen mit höchster Genauigkeit dargestellt werden können. Dazu unterhält sie sehr präzise Messgeräte und Apparaturen zur Kontrolle der Messumgebung, die gemeinsam das nationale Normal, auch als Primärnormal bezeichnet, bilden. Im Falle der HF-Leistung besteht das nationale Normal aus einem HF-Leistungsmesser und einem Mikrokalorimeter. Vertiefende Informationen dazu und wie Rohde & Schwarz die HF-Leistung messtechnisch rückführt, sind in [1] und [2] zu finden.

Die nächste Stufe wird von den akkreditierten Kalibrierlaboratorien gebildet. In Deutschland ist für die Akkreditierung die Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH, DAkkS, zuständig mit über 600 Kalibrierlaboren. Diese Labore unterhalten sogenannte Bezugsnormale, also HF-Leistungsmesser, deren Messgenauigkeit durch Vergleichsmessungen am nationalen Normal und Dokumentation der Messunsicherheit genau bekannt ist.

Nach diesem Prinzip wird die Messgenauigkeit in der Kalibrierhierarchie sozusagen von oben nach unten weitergereicht. Deshalb spricht man auch von einer Kalibrierkette. Dabei nimmt die Messunsicherheit mit jeder weiteren Stufe etwas zu.

Rohde & Schwarz setzt in der Kalibrierhierarchie direkt unterhalb der PTB an. Die in Memmingen, München und Köln betriebenen akkreditierten Kalibrierlabore des Konzerns stellen die Rückführung auf nationale Primärnormale sicher und sind damit wesentlicher Teil der Kalibrier-Infrastruktur sowie der industriellen Qualitätssicherung.

Besonderheit Bezugsnormale

Die Bezugsnormale der akkreditierten Kalibrierlabore müssen kompatibel mit den Kalibriersystemen der Staatsinstitute sein. Das bedeutet unter anderem, dass als Bezugsnormale nur passive Leistungsmesser auf Basis von Thermistoren oder vergleichbarer Technik in Frage kommen. Dieser Sensortyp wird in der Industrie schon länger nicht mehr für HF-Leistungsmessungen verwendet, ist aber aufgrund seiner hervorragenden Langzeitstabilität bei den obersten Messbehörden verständlicherweise gesetzt.

Als einer von wenigen Herstellern weltweit stellt Rohde & Schwarz thermoelektrische HF-Leistungsmesser bereit, die für die Rückführung der Messgröße HF-Leistung geeignet sind. Diese sogenannten Transferstandards können als Bezugsnormale von akkreditierten Kalibrierlaboren verwendet werden. Ab sofort bietet Rohde & Schwarz auch Transferstandards für das D-Band an und leistet damit einen grundlegenden Beitrag zur Qualitätssicherung und Kommerzialisierung von neuen Frequenzbändern für beispielsweise den Mobilfunk.

Weiterführende Literatur zur Rückführbarkeit von HF-Messgrößen

[1] Rückführung von HF-Messgrößen. Judaschke, R., NEUES 199 (2009), S.28-33. Gastbeitrag der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB).

[2] Kalibrierung der Messgröße HF-Leistung im Hause Rohde & Schwarz. Rösel, G., NEUES 199 (2009), S. 34-37.