Grundlagen Der Spektrum-Analyse - Hameg HM5014-2 Manual

Grundlagen Spektrumanalysatoren
Spektrum-Analysatoren lassen sich nach zwei grundsätzli chen
Verfahren unterscheiden: gewobbelte bzw. abge stimmte sowie
Echtzeit-Analysatoren. Echtzeit-Analysato ren nach dem Prinzip
der diskreten Fouriertransformation be ste hen aus der Parallel-
schaltung einer Vielzahl von fre quenz selektiven Indikatoren. Es
können dabei so viele dis kre te Frequenzen zur Anzeige gebracht
werden, wie Filter vor handen sind. Die Grenze der Wirtschaft-
lichkeit wird hier je nach Anzahl und Güte der Filter teilweise
schnell er reicht.
Fast alle modernen Spektrum-Analysatoren arbeiten des halb
nach dem Überlagerungsprinzip (Superheterodyne-Prin zip). Ein
Verfahren ist dabei, die Mittenfrequenz eines Band passfi lters
über den gewünschten Frequenzbereich ab zustimmen. Ein
Detektor erzeugt dabei eine vertikale Ab len kung auf dem Bild-
schirm, und ein durchstimmbarer Ge ne rator sorgt für die syn-
chrone Abstimmung der Filter mit ten frequenz und der Horizon-
talablenkung. Dieses einfache Prin zip ist relativ preiswert, hat
jedoch große Nachteile in Be zug auf Selektion und Empfi ndlich-
keit; unter anderem auf Grund der nicht konstanten Bandbreite
bei abgestimm ten Filtern.
Die gebräuchlichste Art der Spektrum-Analysatoren unter-
schei det sich hiervon insofern, dass für die Selektion ein Band-
passfi lter mit fester Mittenfrequenz verwendet wird. Es lässt zu
jedem Zeitpunkt denjenigen Anteil der zu analy sierenden Funk-
tion passieren, für den gilt f
inp
zung auf eine feste Zwischenfre quenz wer den die Nachteile des
Systems mit abstimmba rem Band passfi lter umgangen.
Der nutzbare Frequenzbereich und die Grenzempfi ndlichkeit
eines Spektrum-Analysators hängen zum größten Teil vom
Konzept und der technischen Ausführung des Ein gangs teils ab.
Das HF-Eingangsteil wird durch die Kompo nen ten Eingangsab-
schwächer, Eingangsfi lter, Mischer und Um setzoszillator (LO)
bestimmt.
Das zu analysierende Signal gelangt über den in 10dB-Schrit ten
schaltbaren Eingangsabschwächer auf ein Ein gangs fi lter. Die-
ses Filter erfüllt mehrere Aufgaben: Es ver hin dert in gewissem
Maße den Mehrfachempfang eines Sig nals, den Direktempfang
der Zwischenfrequenz (ZF-Durch schlag) und unterdrückt die
Rückwirkung des Oszil la tors auf den Eingang. Der Eingangsmi-
scher ist zusammen mit dem durchstimmbaren Oszillator (1. LO)
für die Umset zung der Eingangssignale zuständig. Er bestimmt
die fre quenz abhängige Amplitudencharakteristik und die dyna-
mi schen Eigenschaften des Gerätes.
Der Analysator arbeitet im Prinzip wie ein elektronisch ab ge-
stimmter Schmalbandempfänger. Die Frequenzabstim mung
erfolgt durch den Umsetzoszillator (1. LO; ,,Local Oscillator"),
dessen Signal auf die erste Mischstufe (Ein gangs mi scher) ge-
langt. Das gesamte am Analysatoreingang vor han dene Fre-
quenzspektrum (Eingangsspektrum) gelangt eben falls auf die
1. Mischstufe. Am Ausgang der ersten Misch stu fe kommen
folgende Signale vor:
1. Signal (f ) des 1. Umsetzoszillators (1. LO), dessen Fre quenz
LO
immer um 1350,7 MHz über der gewünschten Ein gangs-
frequenz liegen muss. Die Frequenz des 1. LO be trägt für
0 kHz somit 1350,7 MHz (0 kHz + 1350,7 MHz). Bei 150 kHz
muss sie 1350,85 MHz (150 kHz + 1350,7 MHz) be tra gen und
bei 1050 MHz sind es 2400,7 MHz (1050 MHz + 1350,7 MHz).
(t) = f (t) ± f . Durch die Umset-
LO ZF
G r u n d l a g e n S p e k t r u m a n a l y s a t o r e n
2. Eingangsspektrum (f ), so wie es am Analysator ein gang
inp
vorliegt und über den Eingangsabschwächer auf den Ein-
gangsmischer gelangt (spezifi zierter Mess be reich: 150 kHz
bis 1050 MHz).
3. Mischproduktsumme von 1. LO (f
ten Ein gangsspektrums (fi np). Bei einer zu messenden
Fre quenz von 150 kHz beträgt die Frequenz des 1. LO
1350,85 MHz; die Summe beträgt dann 1351 MHz. Für
1050 MHz muss die Frequenz des 1. LO 2400,7 MHz be tra gen
und die Summe ist 3450,7 MHz.
4. Mischproduktdifferenz von 1. LO (f
Ein gangsspektrums (f ). Bei 150 kHz beträgt die Frequenz
inp
des 1. LO 1350,85 MHz, was eine Dif fe renz von 1350,7 MHz
(1350,85 MHz – 150 kHz) ergibt. Im Falle 1050 MHz (2400,7 MHz
– 1050 MHz) ist die Diffe renz erneut 1350,7 MHz.
Nach der 1. Mischstufe gelangen die zuvor beschriebenen
Sig nale auf ein Bandpassfi lter (ZF-Filter). Die Mittenfre quenz
des ZF-Filters beträgt 1350,7 MHz. Damit kann nur die Misch-
produktdifferenz, die 1350,7 MHz beträgt und das Sig nal des
1. LO – bei Abstimmung auf 0 kHz = 1350,7 MHz - zum Ausgang
des Bandpassfi lters gelangen, von wo aus die weitere Signal-
verarbeitung erfolgt.
Anmerkung: Das vom 1. LO bewirkte „0 kHz-Signal" ist un ver-
meidlich und kann bei Messungen mit 1 MHz Aufl ö sungs -band-
breite (RBW) im Bereich von 150 kHz bis ca. 2,5 MHz stören. Mit
einer niedrigeren Aufl ösungsbandbreite lassen sich derartige
Effekte vermeiden.
Bei der Messung wird zwischen Zero-Span (Messbe reichs um-
fang = Spanne gleich Null) und von Null abweichendem Span
(Messbereichsumfang) unterschieden.
Folgende Bedingungen liegen vor, je nach dem ob ohne oder
mit SPAN gemessen wird:
Im Zero-Span Betrieb erzeugt der 1. LO eine feste Fre quenz, die
1350,7 MHz höher als die zu analysierende Ein gangs frequenz
sein muss. Der Analysator zeigt dann nur die gewünschte Ein-
gangsfrequenz und die Frequenzanteile an, die abhängig von
der gewählten Aufl ösungsbandbreite (RBW) über die ZF-Filter
gelangen.
Liegt Zero-Span nicht vor, wird ein Frequenzbereich ange zeigt,
dessen Umfang von der Span-Einstellung abhängig ist. Beträgt
z.B. die Mittenfrequenz 500 MHz und der Span 1000 MHz (full
span), beginnt die Messung (angezeigt am linken Rand der Dar-
stellung) mit 0 kHz und endet (am rech ten Rand der Darstellung)
mit 1000 MHz. Bei dieser Ein stel lung wird die Frequenz des 1. LO
zeitlinear von 1350,7 MHz auf 2400,7 MHz erhöht, bis ein Sweep
erfolgt ist und der Nächste beginnt.
Zwischen dem zu analysierenden Frequenzbereich (SPAN-Ein-
stellung) und der Aufl ösungsbandbreite (RBW) bestehen physi-
kalische Zusammenhänge, welche die Anzeige von zu niedrigen
Signalpegeln bewirken können. Derartige Fehler entstehen,
wenn die Messzeit nicht die Erfordernisse der vom ZF- und/oder
Video-Filter benötigten Einschwingzeit erfüllt (d.h. die Messzeit
zu kurz ist). Mit der UNCAL.-Anzeige werden derartige Bedin-
gungen signalisiert.
) und des ge sam-
LO
) und des ge sam ten
LO
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