Kalibriereinheit für ein Messgerät

Die Erfindung betrifft eine Kalibriereinheit für ein elektronisches Messgerät, insbesondere für einen

Netzwerkanalysator .

Netzwerkanalysatoren, die zum Bestimmen von

Streuparametern von angeschlossenen Messob ekten, wie z.B. von Filtern, Verstärkern und Dämpfungsgliedern dienen, decken einen weiten Frequenzbereich ab und erreichen immer höhere obere Grenzfrequenzen. Über spezielle

Aufwärtsmischstufen können die Streuparameter von

Messobjekten z.B. im W-Band (75 GHz bis 110 GHz) ermittelt werden. Die einzelnen Komponenten eines

Netzwerkanalysators sind dabei selbst fehlerbehaftet und weisen einen Frequenz- und Phasengang auf, der

insbesondere bei hohen Frequenzen dazu führt, dass keine genauen Aussagen vom Messobjekt mehr möglich sind. Eine Kalibrierung des Netzwerkanalysators erlaubt dabei diese Systemfehler zu kompensieren, wodurch die Messgenauigkeit stark erhöht wird.

Eine solche Kalibrierung erfolgt dadurch, dass

nacheinander verschiedene Kalibrierstandards mit bekannten elektrischen Eigenschaften an den Messtoren angeschlossen werden und die Messwerte ermittelt werden. Bekannte

Kalibrierstandards sind Leerlauf (engl, open) , Kurzschluss (engl, short) , Abschluss (engl, match) und Durchverbindung (engl, through) . Dabei muss z.B. der Kalibrierstandard Abschluss über einen möglichst weiten Frequenzbereich eine möglichst hohe Signaldämpfung erreichen, so dass eine gute Unterscheidbarkeit z.B. zwischen dem Kalibrierstandard Abschluss von dem Kalibrierstandard Kurzschluss

gewährleistet ist. Die Kalibrierstandards Leerlauf,

Kurschluss und Abschluss liegen dabei als koaxiale

Steckverbinder vor, die nacheinander auf die einzelnen koaxialen Messtore des Netzwerkanalysators geschraubt werden. Um Signale mit Frequenzen bis hin zu 110 GHz über eine koaxiale Verbindung übertragen zu können, werden koaxiale Leitungen verwendet, deren Außenleiterdurchmesser 1 mm und deren Innenleiterdurchmesser 0,434 mm betragen. Die als koaxiale Steckverbinder ausgeführten

Kalibrierstandards müssen daher entsprechend filigran und gleichzeitig mechanisch stabil gefertigt sein, denn bereits Abweichungen von 0,005 mm im

Außenleiterdurchmesser führen dazu, dass sich der

Wellenwiderstand um ca. 0,7 Ohm ändert, wodurch keine hoch genauen Messungen mehr möglich sind.

Aus der US 5,047,737 A ist ein Abschluss für ein koaxiales Leitungssystem bekannt. Ein Innenleiter besitzt eine Nut, welche zur Aufnahme eines Substrats dient. Das Substrat ist mit einem Dünnschichtwiderstand überzogen, der mit

Hilfe einer Lötverbindung mit dem Innenleiter kontaktiert wird. Der Dünnschichtwiderstand verbindet den Innenleiter mit dem Gehäuse. Die Bohrung innerhalb des Gehäuses ist dabei zum Ende hin getapert. Nachteilig an der US

5,047,737 A ist, dass der Übergang vom Innenleiter auf das Substrat eine nicht unerhebliche Störung des

elektromagnetischen Feldes darstellt und damit die

Effizienz des Dämpfungsglieds reduziert. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine

Kalibriereinheit, die einerseits mechanisch stabil ist und andererseits auch bei sehr hohen Frequenzen optimale

Eigenschaften erzielt, und ein entsprechendes

Herstellungsverfahren zu schaffen.

Die Aufgabe wird bezüglich der Kalibriereinheit durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 14 gelöst. In den

Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kalibriereinheit und des

erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben. Die erfindungsgemäße Kalibriereinheit für ein Messgerät zum Verbinden mit einer koaxial ausgeführten

Steckverbindung weist ein Gehäuse und einen Innenleiter auf, wobei der Innenleiter zentriert innerhalb einer

Öffnung des Gehäuses ausgebildet ist. Die Kalibriereinheit weist weiterhin ein Verbindungselement auf, wobei das Verbindungselement in die Öffnung des Gehäuses einführbar ist und den Innenleiter aufnimmt und wobei das

Verbindungselement elastisch ausgeführt ist und den

Innenleiter gegenüber dem Gehäuse abstützt.

Besonders vorteilhaft ist es, dass ein elastisches

Verbindungselement in die Öffnung des Gehäuses der

Kalibriereinheit einführbar ist und den Innenleiter aufnimmt. Dadurch wird erreicht, dass der Innenleiter besonders gut zentriert ist und immer denselben Abstand zum Außenleiter aufweist, so dass sich der

Wellenwiderstand der Kalibrierschaltung über den

Frequenzbereich kaum ändert. Durch die elastische

Ausbildung des Verbindungselements ist sichergestellt, dass die mechanische Integrität der Kalibriereinheit durch mehrfaches Verschrauben mit der zu kalibrierenden

Messeinheit nicht beeinträchtigt ist, auch wenn die

Kalibriereinheit nicht auf einem Schlitten befestigt einzig in horizontaler Achse auf die zu kalibrierende Messeinheit zu bewegt wird. Das elastische

Verbindungselement dämpft auch kleinere Erschütterungen, die z.B. durch das versehentliche Fallenlassen der

Kalibriereinheit entstehen.

In einem ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Kalibriereinheit wird ein Formstempel, welcher eine Negativform eines

Verbindungselements hat, galvanisiert, so dass dabei das Verbindungselement entsteht. In einem zweiten

Verfahrensschritt wird das galvanisierte

Verbindungselement durch Wegätzen des Formstempels oder durch Abziehen des Verbindungselements von dem Formstempel herausgelöst .

Es ist besonders vorteilhaft, dass bei dem

erfindungsgemäßen Verfahren das elastische

Verbindungselement durch einen Galvanisierungsprozess hergestellt wird, weil dadurch die Schichtdicke und damit auch die Federrate sehr genau den Erfordernissen

entsprechend eingestellt werden kann. Weiterhin ist es von Vorteil, dass der Formstempel durch Ätzten von dem

Verbindungselement getrennt wird, weil dadurch das

Verbindungselement in seiner Struktur selbst erhalten bleibt . Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen

Kalibriereinheit besteht, wenn das Verbindungselement trichterförmig ausgebildet ist und mehrere

zusammenhängende Teilsegmente umfasst. Die trichterförmige Ausbildung mit einem sich in seinem Durchmesser

verändernden Segment, sorgt dafür, dass die

Kalibriereinheit über einen sehr weiten Frequenzbereich optimale Eigenschaften aufweist. Die verschiedenen

Teilsegmente des Verbindungselements sind unterschiedlich ausgebildet und dienen z.B. der Befestigung des

Verbindungselements am Gehäuse oder zur Aufnahme des

Innenleiters durch das Verbindungselement.

Außerdem besteht ein Vorteil der erfindungsgemäßen

Kalibriereinheit, wenn ein erstes Teilsegment des

Verbindungselements als Flansch oder Haube ausgebildet ist und mit dem Gehäuse elektrisch leitend verklebt und/oder verpresst und/oder verlötet ist. Ein als Flansch oder Haube ausgebildetes erstes Teilsegment des

Verbindungselements, welches sich über die Öffnung des Gehäuses legt, stellt sicher, dass das Verbindungselement nicht innerhalb der Öffnung des Gehäuses verkantet, sondern immer in optimaler Ausrichtung montiert werden kann. Dadurch, dass das Verbindungselement mit dem Gehäuse verklebt und/oder verpresst und/oder verlötet wird, ist sichergestellt, dass sich das Verbindungselement auch im Laufe der Zeit nicht löst und somit der vom

Verbindungselement aufgenommene Innenleiter dauerhaft in seiner Position fixiert ist.

Schlussendlich besteht ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kalibriereinheit, wenn der Innenleiter im Falle der

Lastzustände Leerlauf und Abschluss aus zumindest zwei Teilsegmenten besteht, wobei ein zweites Teilsegment aus einem Dielektrikum besteht, welches im Falle des

Lastzustands Abschluss abschnittsweise mit einem

Dünnschichtwiderstand oder Dickschichtwiderstand und einem elektrisch leitfähigen Material überzogen ist. Dies erlaubt, dass die Kalibriereinheit einerseits die

Kalibrierstandards Kurzschluss und Leerlauf abdeckt und andererseits auch mittels des Dünnschichtwiderstands oder Dickschichtwiderstands für den Kalibrierstandard Abschluss verwendbar ist. Der Dünnschichtwiderstand oder der

Dickschichtwiderstand ist für gewöhnlich derart gewählt, dass die Kalibriereinheit einen Widerstand von 50 Ohm über einen möglichst weiten Frequenzbereich bis hin zu 110 GHz möglichst genau erreicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Kalibriereinheit besteht weiterhin ein Vorteil, wenn der Innenleiter oder ein erstes Segment des Innenleiters in einem Drehprozess hergestellt und mit einem sehr gut leitfähigen Material galvanisiert und/oder besputtert wird. Anhand dieser weiteren Verfahrensschritte kann der Innenleiter sehr genau hergestellt werden, so dass sich der Wellenwiderstand nicht ändert. Drehprozesse erlauben eine Genauigkeit von wenigen Mikrometern.

Ferner besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Kalibriereinheit ein Vorteil, wenn ein zweites Segment des Innenleiters mit dieelektrischen

Eigenschaften durch einen Pressprozess und/oder Sinterprozess und/oder Drehprozess hergestellt wird und wenn auf das zweite Segment abschnittsweise ein

Dünnschichtwiderstand oder Dickschichtwiderstand und eine elektrisch leitfähige Schicht aufgetragen wird und wenn anschließend der Dünnschichtwiderstand oder der

Dickschichtwiderstand mittels eines Lasers getrimmt werden und wenn das zweite Segment des Innenleiters mittels eines Lötprozesses und/oder Klebeprozesses mit einem ersten Segment des Innenleiters verbunden wird. Dies erlaubt die Herstellung einer Kalibriereinheit für den

Kalibrierstandard Abschluss, wobei der

Dünnschichtwiderstand derart gewählt wird, dass die

Kalibriereinheit möglichst genau einen Widerstandstand von z.B. 50 Ohm darstellt.

Schlussendlich besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Kalibriereinheit ein Vorteil, wenn der Innenleiter oder das erste Teilsegment und das zweite Teilsegment des Innenleiters in das Verbindungselement geschoben wird, so dass anschließend das

Verbindungselement in die Öffnung des Gehäuses eingeführt und mit dem Gehäuse verlötet oder verklebt werden kann. Eine derartige Ausgestaltung des Verbindungselements erlaubt eine sehr einfache Montage, wobei das

Verbindungselement dabei auch für Kalibriereinheiten verwendet werden kann, die die Kalibrierstandards Leerlauf und Kurzschluss abdecken. Beim Kalibrierstandard Leerlauf wird das zweite Segment des Innenleiters nicht mit dem Dünnschichtwiderstand beschichtet und beim

Kalibrierstandard Kurzschluss besteht das zweite Segment des Innenleiters aus einem Metall oder ist mit einer metallischen Schicht überzogen.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung

beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnung zeigen im Einzeinen : Fig. 1 einen Schnitt entlang einer Längsachse durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der

Kalibriereinheit ;

Fig. 2A einen Schnitt entlang der Längsachse durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des

Verbindungselements ; Fig. 2B einen Schnitt entlang der Längsachse durch einen

Formstempel eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verbindungselements ; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Längsachse durch ein

Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Verbindungselements in einer perspektivischen

Ansicht ;

Fig. 4A eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Innenleiters mit einem Kontaktstecker;

Fig. 4B eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Innenleiters mit einer Kontaktbuchse;

Fig. 5A eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Innenleiters, wie er für den Kalibrierstandard Kurzschluss verwendet werden kann;

Fig. 5B eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Innenleiters, wie er für den Kalibrierstandard Abschluss verwendet werden kann;

Fig. 5C eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Innenleiters, wie er für den Kalibrierstandard Leerlauf verwendet werden kann;

Fig. 6 eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Kalibriereinheit im montierten Zustand;

Fig. 7 eine geschnittene räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Kalibriereinheit entlang der Längsachse;

Fig. 8 den Sll-Parameter über die Frequenz aufgetragen für ein Ausführungsbeispiel der

erfindungsgemäßen Kalibriereinheit; und

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel für ein Flussdiagramm für die Herstellung der erfindungsgemäßen

Kalibriereinheit . Fig. 1 zeigt einen Schnitt entlang einer Längsachse 20 durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der

Kalibriereinheit 1. Die Kalibriereinheit 1 wird mit einem Messgerät, bei welchem es sich bevorzugt um einen

Net zwerkanalysator handelt, verbunden. Dabei ist die

Kalibriereinheit 1 als koaxial ausgeführte Steckverbindung ausgebildet und kann bei einem Frequenzbereich von bis zu 110 GHz einen Außenleiter mit einem Außenleiterdurchmesser von 1 mm aufnehmen. Die Kalibriereinheit 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches elektrisch leitfähig ist oder zumindest mit einer sehr gut elektrisch leitfähigen Schicht

überzogen ist. Bevorzugt wird das Gehäuse 2 mit einer Goldschicht in einem Galvanisierungsprozess überzogen. Abhängig von der Gehäuseform kann das Gehäuse 2 auch in einem Sputterprozess mit der leitfähigen Schicht überzogen werden. Das Gehäuse 2 ist in dem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 als Hohlzylinder

ausgebildet und weist eine Öffnung 3 auf. Die Öffnung 3 entsteht dabei bevorzugt durch einen Bohrprozess, wobei ein erster Bohrradius 4 am aufnahmeseitigen Ende des

Gehäuses 2 bevorzugt kleiner gewählt ist, als ein zweiter Bohrradius 5 an dem aufnahmeseitigen Ende

entgegengesetzten zweiten Ende des Gehäuses 2. Der

Außendurchmesser des Gehäuses 2 ist am aufnahmeseitigen Ende ebenfalls kleiner als an dem zweiten Ende des

Gehäuses 2.

An dem zweiten Ende des Gehäuses 2 ist eine Nut 6

ausgebildet, die in einem Drehprozess herstellbar ist. In die Nut 6 wird ein Sprengring 7 eingeführt, an dem ein Überwurf 8 befestigt ist, so dass der Überwurf 8 beweglich am Gehäuse 2 gehalten wird. Der Überwurf 8 weist an dem anschlussseitigen Ende des Gehäuses 2 ein Gewinde auf, mit dessen Hilfe die Kalibriereinheit 1 fest an einem

Anschlusstor des Net zwerkanalysators verschraubbar ist. Weiterhin weist die Kalibriereinheit 1 ein

Verbindungselement 9 auf, wobei das Verbindungselement 9 bevorzugt in die Öffnung 3 des anschlussseitigen Endes des Gehäuses 2 einführbar ist. Das Verbindungselement 9 ist bevorzugt trichterförmig ausgebildet und umfasst mehrere zusammenhängende Teilsegmente. Ein erstes Teilsegment 10 des Verbindungselements 9 ist als Flansch oder Haube ausgebildet und mit dem anschlussseitigen Ende des

Gehäuses 2 verklebt und/oder verpresst und/oder verlötet. Weil ein Radius des ersten Teilsegments 10 des

Verbindungelements 9 größer ist, als der Radius 4 der ersten Bohrung, ist sichergestellt, dass das

Verbindungselements 9 bei der Montage nicht durch die Öffnung 3 des Gehäuses 2 hindurch fällt. Eine das Gehäuse 2 teilweise umgreifende Haubenform des ersten Teilsegments 10 des Verbindungselements 9 bewirkt, dass das

Verbindungselement 9 teilweise in axialer Richtung fixiert ist, bis es verklebt und/oder verpresst und/oder verlötet ist und sich selbstständig zentriert.

Ein zweites Teilsegment 11 des Verbindungselements 9 besitzt einen Innendurchmesser, der dem Innendurchmesser des Außenleiters der anzuschließenden Steckverbindung plus zweimal der Wandstärke des Verbindungselements 9

entspricht, wobei der Radius 4 der ersten Bohrung

bevorzugt derart gewählt ist, dass das zweite Teilsegment 11 formschlüssig an einer Innenfläche 12 des Gehäuses 2 anliegt .

Ein drittes Teilsegment 13 des Verbindungselements 9 ist verengend, z.B. konisch ausgebildet, so dass sich das Verbindungselement 9 dadurch in seinem Durchmesser

verjüngt. Die sich verengende Form des dritten

Teilsegments 13 des Verbindungselements 9 bewirkt, dass das Verbindungselement 9 einerseits elastische

Eigenschaften aufweist und anderseits eine optimale

Anpassung bis hin zu Frequenzen von 110 GHz und mehr ermöglicht. Je nach Formgebung des Gehäuses 2 sind unter Umständen auch andere mathematisch basierte Formgebungen für das dritte Teilsegment 13 denkbar, wenn sie das

Reflexionsverhalten günstig beeinflussen.

Ein viertes Teilsegment 14 des Verbindungselements 9 dient dabei als Aufnahmeelement für einen Innenleiter 15. Der Durchmesser dieses vierten Teilsegments 14 ist dabei so gewählt, dass der Innenleiter 15 in dieses einführbar ist. Das Verbindungselement 9 besteht aus einem sehr gut leitfähigen Material, bevorzugt aus Gold. Auf den

Herstellungsprozess des Verbindungselements 9 wird im Weiteren noch gesondert eingegangen. Der Innenleiter 15 ist über das Verbindungselement 9 zentriert innerhalb der Öffnung 3 des Gehäuses 2

ausgebildet. Der Innenleiter 15 der Kalibriereinheit 1 ist, je nachdem, ob die Kalibriereinheit 1 die

Kalibrierstandards Leerlauf oder Kurzschluss oder

Abschluss darstellt, einteilig oder mehrteilig

ausgebildet . Soll die Kalibriereinheit 1 den Kalibrierstandard

Kurzschluss erfüllen, dann ist der Innenleiter 15

bevorzugt aus einem Metall einteilig ausgebildet, wobei die Oberfläche des Innenleiters 15 bevorzugt mit einem sehr gut leitfähigen Material, bevorzugt mit Gold, überzogen ist.

Fig. 1 zeigt eine zweiteilige Ausbildung des Innenleiters 15, wie er für die Kalibrierstandards Leerlauf und

Abschluss aufgebaut sein kann. Der Innenleiter 15 ist aus zwei Teilsegmenten aufgebaut. Ein erstes Teilsegment 15i des Innenleiters 15 ist entweder als Kontaktstecker 17 oder als Kontaktbuchse 43 ausgebildet und kontaktiert ein Anschlusstor des zu kalibrierenden Netzwerkanalysators direkt oder indirekt über ein koaxiales Verbindungskabel. Zu erkennen ist, dass in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 das erste Teilsegment 15i des Innenleiters 15 als

Kontaktstecker 17 ausgebildet ist. Der Kontaktstecker 17 des ersten Teilsegments 15i des Innenleiters 15 weist dabei einen kleineren Durchmesser auf, als der Innenleiter 15 selbst. Das erste Teilsegment 15i des Innenleiters 15 weist an dem, dem Kontaktstecker 17 abgewandtem Ende, eine Bohrung 19 auf, in die das zweite Teilsegment 15 ₂ des Innenleiters 15 gesteckt ist. Das zweite Teilsegment 15 ₂ des Innenleiters 15 ist elektrisch leitend mit dem ersten Teilsegment 15i des Innenleiters 15 verklebt und/oder verlötet. Der Durchmesser des Innenleiters 15 beträgt für den Fall, dass es sich bei der Steckverbindung der

Kalibriereinheit 1 um eine koaxiale lmm-Steckverbindung handelt, die für Frequenzen bis 110 GHz geeignet ist, 0, 434 mm.

Das zweite Teilsegment 15 ₂ besteht aus einem Dielektrikum mit einer möglichst niedrigen dielektrischen Leitfähigkeit £ _r und einer hohen Biegefestigkeit, so dass der

Innenleiter 15 auch mechanischen Beanspruchungen

standhält. Zirkoniumoxid weist im Gegensatz zu

Aluminiumoxid zwar eine höhere Biegefestigkeit auf, allerdings ist die Permittivität £ _r recht hoch. Ein guter Kompromiss stellt Siliziumnitrid (S1 ₃ N ₄ ) dar, welches gesintert oder bevorzugt gehippt eine sehr hohe

Biegefestigkeit bei gleichzeitig niedriger Permittivität £ _r aufweist.

Für den Fall, dass die Kalibriereinheit 1 den

Kalibrierstandard Abschluss bildet, ist das zweite

Teilsegment 15 ₂ des Innenleiters 15, welches als Absorber dient, mit einem Dünnschichtwiderstand oder

Dickschichtwiderstand überzogen. Als Material für den Dünnschichtwiderstand eignet sich z.B. eine Nickel-Chrom- Legierung. Das zweite Teilsegment 15 ₂ des Innenleiters 15 ist dabei ganz oder teilweise mit dem

Dünnschichtwiderstand oder dem Dickschichtwiderstand überzogen. An einer Kontaktstelle zwischen dem vierten Teilsegment 14 des Verbindungselements 9 und dem zweiten Teilsegment 15 ₂ des Innenleiters 15 ist das zweite

Teilsegment 15 ₂ des Innenleiters 15 bevorzugt mit einem elektrisch sehr gut leitfähigen Material, wie z.B. Gold, überzogen .

Für den Fall, dass die Kalibriereinheit 1 den

Kalibrierstandard Leerlauf bildet, kann z.B. auf den

Überzug des zweiten Teilsegments 15 ₂ des Innenleiters 15 mit dem Dünnschichtwiderstand oder dem

Dickschichtwiderstand ganz verzichtet werden. Das zweite Teilsegment 15 ₂ des Innenleiters 15 wird mit dem

Verbindungselement 9, bzw. mit dem vierten Teilsegment 14 des Verbindungselements 9 verklebt und/oder verlötet und/oder verklemmt.

Der Innenleiter 15 wird derart weit in die Öffnung 3 des Verbindungselements 9 hineingeschoben, bis einzig der Kontaktstecker 17 aus der Öffnung 3 des

Verbindungselements 9 hervorsteht. Anstelle eines

Kontaktsteckers 17 kann der Innenleiter 15 an seiner nicht mit dem Verbindungselement 9 verbundenen Seite auch als Kontaktbuchse 43 ausgebildet sein, wobei in diesem Fall die Kontaktbuchse 43 mit der Öffnung des

Verbindungselements 9 bündig abschließt. Das

Verbindungselement 9 besteht dabei aus einem elektrisch leitfähigen Material und verbindet den Innenleiter 15 elektrisch leitend mit dem Gehäuse 2.

Fig. 2A zeigt einen Schnitt entlang der Längsachse 20 durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des

Verbindungselements 9. Gut zu erkennen sind die vier

Teilsegmente 10, 11, 13, 14 die nahtlos miteinander verbunden sind und das Verbindungselement 9 bilden. Wie bereits erläutert, erlaubt das dritte Segment 13, dass der durch das Verbindungselement 9 aufgenommene Innenleiter 15 gegenüber dem Gehäuse elastisch abgestützt wird. Dadurch ist sichergestellt, dass der Innenleiter 15 auch bei mehrmaligem An- und Abschrauben der Kalibriereinheit 1 an ein Anschlusstor des Net zwerkanalysators oder an eine koaxiale Verbindungsleitung zum Net zwerkanalysator stets zentriert innerhalb der Öffnung 3 des Gehäuses 2

ausgerichtet ist, so dass die gewünschten Eigenschaften der Kalibriereinheit 1 auch für hohe Frequenzen

zuverlässig erhalten bleiben. Dies gilt auch für den Fall, dass die Kalibriereinheit 1 versehentlich zu Boden fällt. Fig. 2B zeigt einen Schnitt entlang der Längsachse 20 durch einen Formstempel 21 eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verbindungselements 9. Damit die

Kalibriereinheit 1 die verschiedenen Kalibrierstandards für Frequenzen bis zu 110 GHz optimal abbildet, muss das Verbindungselement 9, welches einerseits für die optimale Anpassung sorgt und andererseits der Kalibriereinheit 1 eine ausreichende mechanische Stabilität gibt, sehr genau gefertigt werden. Hierzu wird der Formstempel 21 bevorzugt aus Aluminium gedreht. Dieser Formstempel 21 ist in Fig. 2B zu erkennen. Anschließend wird der Formstempel 21 in einem Galvanisierungsverfahren mit einem sehr gut

elektrisch leitfähigen Material, wie z.B. Gold, überzogen. Die Wandstärke des Verbindungselements 9 kann dabei beliebig im Bereich einiger zig Mikrometer sehr präzise eingestellt werden. Die Wandstärke des Verbindungselements 9 wird dabei so gewählt, dass der Innenleiter 15 der

Kalibriereinheit 1 im Kleinen elastisch beweglich ist und dadurch ein Bruch des Innenleiters 15, bzw. des zweiten Teilsegments 15 ₂ des Innenleiters 15 vermieden wird.

Sobald die richtige Wandstärke erreicht ist, kann das Verbindungselement 9 von dem Formstempel 21 abgezogen werden. Bevorzugt wird allerdings der z.B. aus Aluminium bestehende Formstempel 21 weggeätzt, so dass einzig das Verbindungselement 9 erhalten bleibt. Dies kann z.B. durch Verwendung von Natronlauge erreicht werden. Dadurch ist sichergestellt, dass die gewünschte Form des

Verbindungselements 9 erhalten bleibt. Durch die bevorzugt konische Form des dritten Teilsegments 13 wird erreicht, dass eine Kalibriereinheit 1, die den Kalibrierstandard Abschluss bildet, über einen weiten Frequenzbereich ein optimales Dämpfungsverhalten zeigt. Die Vertiefung 22 am Ende des Formstempels 21 sorgt dafür, dass im vierten Teilsegment 14 des Verbindungselements ein nach innen verlaufender Kegel entsteht. Dieser dient als

Zentrierhilfe für eine Bohrung, um nach dem

Galvanisierungsschritt den späteren Ätzprozess zu

beschleunigen.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Längsachse 20 durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Verbindungselements 9 in einer perspektivischen Ansicht. Das erste Teilsegment 10 des Verbindungselements 9 weist dabei eine Haubenform wie in Fig. 1 auf. Eine planare flanschförmige Ausbildung ist aber ebenfalls möglich.

Außerdem sind die weiteren Teilsegmente 11, 13, 14

gezeigt, wobei der Innenleiter 15 mit dem vierten

Teilsegment 14 verklebt und/oder verlötet und/oder

verklemmt ist. Fig. 4A zeigt eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Innenleiters 15 mit seinem Kontaktstecker 17. Bei dem dargestellten Innenleiter 15 kann es sich auch nur um das erste Segment 15i des Innenleiters 15 aus Fig. 1 handeln. Der

Innenleiter 15 und sein Kontaktstecker 17 werden in einem Drehprozess hergestellt und anschließend durch Sputtern oder Galvanisieren mit einer sehr gut elektrisch

leitfähigen Schicht überzogen. Der Sputter- oder

Galvanisierungsprozess wird dabei so eingestellt, dass sich der gewünschte Durchmesser für den Innenleiter 15 ergibt .

Fig. 4B zeigt eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Innenleiters 15 mit einer Kontaktbuchse 43, bei dem es sich ebenfalls nur um das erste Segment 15i des Innenleiters 15 aus Fig. 1 handeln kann und der ebenfalls bevorzugt in einem

Drehprozess hergestellt wird. Anschließend wird in einem Bohrprozess ein Bohrloch 41 in den Innenleiter 15 gebohrt und in einem anschließenden Fräsprozess zumindest ein Längsschlitz 42 in die Kontaktbuchse 43 gefräst.

Schließlich wird die Kontaktbuchse 43, wie in Fig. 4B gezeigt, konisch zusammengepresst , so dass sich die

Kontaktbuchse 43 bei Kontaktierung mit einem Steckkontakt wie in Fig. 4A derart weitet, dass der Innenleiter 15 einen Durchmesser von 0,434 mm aufweist. Der mit der Kontaktbuchse 43 versehene geschlitzte und in seinem Durchmesser etwas verkleinerte Innenleiter 15 wird, wie auch der mit einem Steckkontakt versehene Innenleiter 15, in einem Sputter- oder Galvanisierungsprozess mit einer sehr gut elektrisch leitfähigen Schicht überzogen, wobei der Prozess so eingestellt ist, dass sich der gewünschte Durchmesser des Innenleiters 15 ergibt.

Fig. 5A zeigt eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Innenleiters 15, wie er z.B. für den Kalibrierstandard Kurzschluss verwendet werden kann. Der Innenleiter 15 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem ersten Teilsegment 15i und einem zweiten Teilsegment 15 ₂ , deren Oberflächen 44 und 45 jeweils mit einer sehr gut elektrisch

leitfähigen Schicht überzogen sind. Bevorzugt ist der Innenleiter 15 für den Kalibrierstandard Kurzschluss allerdings einteilig ausgebildet, so dass sich keinerlei Störstelle zwischen dem ersten Teilsegment 15i und dem zweiten Teilsegment 15 ₂ ausbilden kann.

Fig. 5B zeigt eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Innenleiters 15, wie er für den Kalibrierstandard Abschluss verwendet werden kann. Der Innenleiter 15 ist dabei zweiteilig ausbildet und weist ein erstes Teilsegment 15i und ein zweites Teilsegment 15 ₂ auf. Zumindest die Oberfläche 44 des ersten Teilsegments 15i ist dabei mit einem elektrisch sehr gut leitenden Material, bevorzugt Gold, beschichtet. Das zweite Teilsegment 15 ₂ , welches aus einem Dielektrikum besteht, ist bevorzugt an seiner Oberfläche 47, die elektrisch leitend mit dem vierten Teilsegment 14 des Verbindungselements 9 verbunden ist, mit einer elektrisch leitfähigen Schicht, z.B. aus Gold versehen. Die

Oberfläche 47 nimmt dabei nur einen Teil der Oberfläche des zweiten Teilsegments 15 ₂ des Innenleiters 15 ein. Die restliche Oberfläche 46 des zweiten Teilsegments 15 ₂ des Innenleiters 15 ist mit einem Dünnschichtwiderstand oder einem Dickschichtwiderstand überzogen, dessen Dicke derart gewählt ist, dass der Innenleiter 15 mit seinem ersten Teilsegment 15i und seinem zweiten Teilsegment 15 ₂ und dem Verbindungselement 9 sowie dem Gehäuse 2 einen

Widerstandswert z.B. etwas unterhalb von 50 Ohm erreicht. Durch einen Trimmvorgang mit Hilfe eines Lasers wird dann der gewünschte Widerstandswert von z.B. exakt 50 Ohm eingestellt.

Fig. 5C zeigt eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Innenleiters 15, wie er für den Kalibrierstandard Leerlauf verwendet werden kann. Der Innenleiter 15 ist mit seinem ersten Teilsegment 15i und seinem zweiten Teilsegment 15 ₂ dabei zweiteilig ausgebildet. Das erste Teilsegment 15i des Innenleiters 15 ist dabei zumindest an seiner Oberfläche 44 mit einer elektrisch leitfähigen Schicht überzogen. Das zweite Teilsegment 15 ₂ ist bevorzugt an seiner Oberfläche 47, die mechanisch direkt mit dem vierten Teilsegment 14 des Verbindungselements 9 verbunden ist, mit keiner oder mit einer elektrisch nicht leitenden Schicht überzogen.

Fig. 6 zeigt eine räumliche Darstellung eines

Ausführungsbeispiels der gesamten erfindungsgemäßen

Kalibriereinheit 1 als Stecker im montierten Zustand. Zu erkennen ist das Gehäuse 2 mit dem Überwurf 8. In dem

Überwurf 8 ist ferner noch ein Gewinde ausgebildet, durch welches die Kalibriereinheit 1 mit einem Anschlusstor des zu kalibrierenden Netzwerkanalysators verschraubt wird. Weiterhin ist das erste Segment 10 des Verbindungselements 9 zu erkennen. Dazwischen ist der mit einem Kontaktstecker 17 versehene Innenleiter 15 ausgebildet. Eine Gehäusekappe 60 ist auf der, der Steckverbindung abgewandten Seite des Gehäuses 2, angebracht. Prinzipiell kann das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel der gesamten

erfindungsgemäßen Kalibriereinheit 1 auch als Buchse ausgeführt werden. Dazu erhält der Innenleiter 15 eine Kontaktbuchse 43. Ferner entfällt der Überwurf 8 und das Gehäuse 2 erhält ein zusätzliches Gewinde. Fig. 7 zeigt eine geschnittene räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Kalibriereinheit 1 entlang der Längsachse 20. Zur besseren Übersicht ist der geschnittene Innenleiter 15 nicht schraffiert abgebildet. Dargestellt sind der Überwurf 8 mit seinem Gewinde, der Sprengring 7, die Nut 6 und das Gehäuse 2. Bei dem Gehäuse 2 sind die unterschiedlichen Bohrradien 4 und 5 gut erkennbar. Der zweiteilig

ausgebildete Innenleiter 15 ist zentriert in der Öffnung 3 des Gehäuses 2 ausgebildet und fest mit dem

Verbindungselement 9 verklemmt und/oder verlötet und/oder verklebt. Das Verbindungselement 9 ist mit seinem

haubenförmig ausgebildeten ersten Segment 10 fest mit dem Gehäuse 2 verklebt und/oder verlötet.

Fig. 8 zeigt den Betrag des Streuparameters Sil in

logarithmischer Darstellung, also die Reflexionsdämpfung über der Frequenz für ein Ausführungsbeispiel der

erfindungsgemäßen Kalibriereinheit 1. Die Kalibrierienheit 1 stellt in diesem Ausführungsbeispiel den

Kalibrierstandard Abschluss dar. Zu erkennen ist, dass die Reflexionsdämpfung im Frequenzbereich von 20 MHz bis zu 110 GHz maximal einen Wert von z.B. -30 dB annimmt. Die Frequenz ist auf der Abszisse linear von 20 MHz bis 110 GHz aufgetragen. Für den Kalibrierstandard Abschluss ist dies ein sehr guter Wert, der eine sicherere

Unterscheidung, also einen großen Dynamikbereich, zwischen dem Kalibrierstandard Abschluss und den Kalibrierstandards Leerlauf und Kurzschluss gewährleistet.

Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens für die Herstellung der erfindungsgemäßen Kalibriereinheit 1 für das Ausführungsbeispiels eines Abschlusses. Für die

Ausführungsbeispiele Kurzschluss, bzw. Leerlauf werden die Verfahrensschritte S5 bis Ss bzw. S6 bis bevorzugt ausgelassen. In einem ersten Verfahrensschritt S i wird ein vorgefertigter Formstempel 21 bestehend aus einem

Grundmaterial, bevorzugt aus Aluminium, in einem

Galvanisierungsverfahren bevorzugt mit einer Goldschicht mit einstellbarer Wandstärke galvanisiert. Bei dem

Formstempel 21 handelt es sich auch um eine Negativform des Verbindungselements 9. Vor dem Galvanisierungsprozess kann auf den Formstempel 21 auch eine dünne Schicht, die bevorzugt aus Gold besteht, durch Sputtern aufgetragen werden . In einem zweiten Verfahrensschritt S ₂ wird der Formstempel 21 weggeätzt oder das durch den Galvanisierungsprozess entstandene Verbindungselement 9 von dem Formstempel 21 abgezogen .

In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird der Innenleiter 15 oder nur ein erstes Teilsegment 15i in einem

Drehprozess aus einem nach Möglichkeit hartem Metall hergestellt .

In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird eine sehr gut leitfähige Deckschicht auf den Innenleiter 15 oder nur ein erstes Teilsegment 15i durch Galvanisieren und/oder

Sputtern aufgetragen. Bevorzugt handelt es sich bei der leitfähigen Deckschicht um eine Goldschicht.

Für den Fall, dass die Kalibriereinheit 1 die

Kalibrierstandards Leerlauf oder Abschluss bilden soll, wird in einem fünften Verfahrensschritt S5 ein zweites Teilsegment 15 ₂ des Innenleiters 15, bevorzugt aus einem Dielektrikum, wie z.B. gesintertem oder gehipptem

Silizium-Nitrid (S1 ₃ N ₄ ) , hergestellt.

Für den Fall, dass die Kalibriereinheit 1 den

Kalibrierstandard Abschluss bilden soll, wird in einem sechsten Verfahrensschritt S6 ein Dünnschichtwiderstand oder ein Dickschichtwiderstand auf das zweite Teilsegment 15 ₂ des Innenleiters 15 aufgetragen. An einer

Kontaktstelle zwischen dem vierten Teilsegment 14 des Verbindungselements 9 und dem zweiten Teilsegment 15 ₂ des Innenleiters 15 ist das zweite Teilsegment 15 ₂ des

Innenleiters 15 bevorzugt mit einem elektrisch sehr gut leitfähigen Material, wie z.B. Gold, überzogen. Für den Fall, dass die Kalibriereinheit 1 den

Kalibrierstandard Abschluss bilden soll, wird in einem siebten Verfahrensschritt S ₇ der Dünnschichtwiderstand oder der Dickschichtwiderstand des Teilsegments 15 ₂ auf den gewünschten Wert von z.B. exakt 50 Ohm mit Hilfe eines Lasers getrimmt.

Für den Fall, dass die Kalibriereinheit 1 die

Kalibrierstandards Leerlauf oder Abschluss bilden soll, wird in einem achten Verfahrensschritt Ss das zweite

Teilsegment 15 ₂ des Innenleiters 15 mit einem ersten

Teilsegment 15i des Innenleiters 15 elektrisch leitend verlötet und/oder verklebt.

In einem neunten Verfahrensschritt Sg wird sowohl der einteilige ausgebildete Innenleiter 15 als auch der mehrteilig ausgebildete Innenleiter 15 mit seinem ersten Segment 15i und seinem zweiten Segment 15 ₂ in das

Verbindungselement 9 derart eingeschoben, dass der

Innenleiter 15 zentriert in dem Verbindungselement 9 angeordnet ist und mit seinem dem Anschlussstecker

abgewandten Ende fest mit dem Verbindungselement 9 verlötet und/oder verklebt und/oder verklemmt ist. Der Innenleiter 15 wird dabei soweit in das Verbindungselement 9 eingeschoben, dass einzig der Kontaktstecker 17 aus dem Verbindungselement 9 hervorsteht oder die Kontaktbuchse 43 bündig mit dem Verbindungselement 9 abschließt. In einem zehnten Verfahrensschritt Sio wird das

Verbindungselement 9 in eine Öffnung 3 des Gehäuses 2 der Kalibriereinheit 1 eingeführt.

In einem elften Verfahrensschritt Sn wird das

Verbindungelement 9 an seinem ersten Segment 10 mit dem Gehäuse elektrisch leitend verlötet und/oder verklebt.

Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar. Die Kalibriereinheit 1 eignet sich für sämtliche koaxiale Steckverbindungen und für alle Arten von Messgeräten die über koaxiale Anschlusstore verfügen. Durch Verkleinern der Abmessungen ist die Kalibriereinheit auch für

Frequenzen oberhalb von 110 GHz einsetzbar.

Die erfindungsgemäße Kalibriereinheit 1 kann sowohl als Stecker und auch als Buchse ausgeführt sein. Bei

Ausführung als Buchse weist der Innenleiter 15 eine Kontaktbuchse 43 auf. Dabei entfällt der Überwurf 8, die Nut 6 und der Sprengring 7 an der Kalibriereinheit 1 und das Gehäuse 2 erhält ein zusätzliches Gewinde.