Die zwei Arten der Kalibrierung beim VNA

Geräte-Kalibrierung und Mess-Kalibrierung

Beim Vektor-Netzwerk-Analysator unterscheidet man zwischen zwei Arten der Kalibrierung:

Geräte-Kalibrierung: Die regelmäßige Kalibrierung des Gerätes stellt sicher, dass es innerhalb seiner Spezifikationen arbeitet. Diese Kalibrierung erfolgt üblicherweise jährlich, kann im Einzelfall aber auch anderen Intervallen folgen, abhängig von der Qualitätspolitik eines Unternehmens bzw. gesetzlich vorgeschriebenen Gegebenheiten.

Je nach Anforderung erfolgt die Kalibrierung zum Beispiel durch ein akkreditiertes Kalibrierlabor. Sie entspricht dann anerkannten, internationalen Normen (zum Beispiel ISO/IEC 17025 (2017)) und erfüllt Anforderungen wie die ANSI/NCSL Z540-1994-1, ISO/IEC 9001:2008. Oft bieten auch die Gerätehersteller selbst eine akkreditierte oder nicht-akkreditierte Kalibrier-Möglichkeit an. Ist keine akkreditierte Kalibrierung erforderlich, so kann sie im Prinzip auch durch den Anwender selbst erfolgen, sofern er über die dafür nötige Ausrüstung verfügt.
Mess-Kalibrierung: Die Kalibrierung des Mess-Aufbaus erfolgt vor jeder Messung und ist damit ein wesentlicher Bestandteil einer genauen VNA-Messung.

Selbst schon kleine Veränderungen an der Mess-Konfiguration wie ein getauschtes Kabel oder ein einfacher Adapter sind relevant und machen eine erneute Kalibrierung nötig. Bei der VNA-Messung geht es um die Übertragungseigenschaften eines Prüflings. Den Anwender interessiert dabei nur, was der Prüfling aus dem Testsignal macht, nicht aber der Einfluss zusätzlicher Kabel und Adapter im Testaufbau. Durch Kalibrierung werden solche Einflüsse soweit möglich eliminiert. So werden zum Beispiel die mit einem Stecker oder Kabel verbundenen Verluste bei den Messungen an dem zu prüfenden Gerät berücksichtigt (Anmerkung: Daher werden in der HF-Technik gleiche Komponenten oft mit verschiedenen Anschluss-Typen angeboten, so dass zusätzliche Adapter möglichst vermieden werden können).

Da die Mess-Kalibrierung für eine genaue Messung so enorm wichtig ist, sollte ein VNA immer mit einem passenden, hochwertigen Kalibrier-Kit angeschafft werden. SOLT (Short, Open, Load, Thru) ist die gängigste Kalibrier-Methode. Mit der SOLT-Kalibrierung beziehen VNA ihre Messungen auf die bekannten Standardnetzwerke Kurzschluss, Leerlauf, bekannte Last und Durchgang. Messungen werden zwischen diesen Extremen kalibriert. Die Kalibrierung kann entweder mit einem mechanischen Kalibrier-Satz oder einem automatischen Kalibrier-Modul durchgeführt werden. Üblicherweise bestehen mechanische SOLT-Kalibrier-Kits aus je einem Adapter für die 4 Fälle Kurzschluss, Leerlauf, Last und Durchgang. Auch Kalibrier-Kits werden mit verschiedenen Anschlusstypen angeboten, um zusätzliche Adapter zu vermeiden, die wiederum einen Einfluss auf die Messung hätten.

Die Kalibrierung vor jeder Messung nach selbst nur geringfügigen Veränderungen der Mess-Konfiguration ist aufwändig. Automatisierte Kalibrier-Kits stellen eine komfortablere Lösung als mechanische Kits bereit: Bei ihnen sind in einem einzigen Modul alle "SOLT-Varianten" programmgesteuert umschaltbar, zum Beispiel über USB. So kann der Kalibrier-Prozess auf nur eine Verbindung reduziert werden, statt vieler An- und Abkopplungsvorgänge verschiedener SOLT-Adapter. Der Prozess wird automatisierbar und besser wiederholbar.

Beispiele: Mechanisches VNA-SOLT-Kalibrier-Kit und Auto-CAL-Module